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半导体叩开知识经济大门 [复制链接]

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只看楼主 倒序阅读 0 发表于: 1998-09-01
第7版(国际)
专栏:院士园地

  半导体叩开知识经济大门
  中国工程院院士 许居衍
  作者简介微电子技术专家。1934年生于福建,1957年毕业于厦门大学物理系。1995年当选为中国工程院院士。历任电子工业部第二十四研究所、无锡微电子科研中心、中国华晶电子集团公司总工程师、科技委主任,国务院电子振兴领导小组顾问,中国半导体行业协会顾问,电子工业部科技委委员。长期从事半导体工程技术开发和工业发展工作,80年代后,探索科研生产结合模式,促成我国最大科研技生产联合企业的创立,主持完成国家微电子工程建设可行性研究,主持国家重大科技攻关,完成集成电路大生产技术研究和关键产品开发等项目。曾获全国科学大会奖和国家科技进步奖。
  半导体技术的发展,使所有其他技术都相形见绌,它作为数字化革命的核心与基础,改变了所有电子产品的发展方向,并因此叩开了知识经济的大门。
  1947年12月16日,贝尔实验室的布莱顿和巴丁在研究半导体表面物理时,在一块锗片上,发现了既有电子管跨导(Transconduction)又有变阻器(Varistor)性质的点接触晶体管(Transistor)效应。1948年1月,肖克莱提出面结型晶体管模型和场效应理论,并于1951年、1952年先后实验证实。1956年,诺贝尔奖评委会缘于肖克莱、布莱顿和巴丁“在半导体研究和发现晶体管效应”方面的贡献,把当年的物理学奖判给了他们。因此,晶体管不仅是技术发明,而且是科学发现,它“呼唤新物理学”(肖克莱1956年获奖会上讲话),推动了固体物理的研究,并因此导致微电子技术的蓬勃发展。
  回顾人类近百年来的科技活动,我们看到有两个明显的发展阶段:前30年,人类由牛顿力学困境中走出,创立了改变整个自然科学观的相对论和量子力学;而后70年,基本物理学没有新的突破,但半导体科学技术却获得了辉煌成就。值得一提的是,1956年肖克莱回乡创办半导体实验室以及随后的一系列裂变与繁衍,触发了半导体工业的创业连锁反应,并因此引发了世界第一个高新技术产业园区,即美国加州硅谷的崛起。由此可见,没有晶体管,没有肖克莱,就不会有硅谷。现在“硅谷精神”已成为知识经济发展中的一个现象,并已在全世界广为扩散,成立了数以百计的高新技术产业园区,发挥了各自经济发展的火车头作用。以我国最早成立的52个高新技术产业园区为例,1991年至1996年技工贸总收入、年实现利税、年出口创汇分别增长了26倍、20倍、36倍,已成为发展我国知识经济的“增长核”。硅谷的形成及其扩散,成了人类自文艺复兴以来影响最为深远的事件之一。
  半导体技术发展中,有两个反映创新的规律,一个是指导技术更新的物理规律,叫做器件按比例缩小原理;一个是追逐利润的商业技术竞争规律,叫做器件集成度增长原理,因为它是摩尔(Moore)在1965年总结少数几个发展数据中领悟的,因此也叫摩尔定律。前者表示器件尺寸缩小K倍时,芯片功能和性能就提高K2倍;后者表示每18个月芯片上的集成器件数目就增加1倍。依照这些规律,半导体器件尺寸从早期的十几微米,缩小到现在的深亚微米;芯片上的集成度由第一个商品化的几个器件,增加到现在的几亿个器件。其中特别是1971年发明的微处理器(MPU),集成了2300个器件,运算速度达每秒6万次,超过占满整个大房间的第一台电脑水平,从而开创了在硅片上浓缩电脑的新纪元;而今天,一个高性能MPU则集成了1000万个器件,运算速度高达每秒近10亿次。
  半导体发展的这些规律,在体现科学理论和技术商品化的有机结合中,反映了半导体技术独特的“小与大”、“高与低”新技术经济辩证法,即在尽可能小的材料空间内,集成尽可能强大的功能,以实现高性能与低价格的正反馈良性推进关系。正是这种辩证关系,促使人类经济特征由“回报递减”(Diminishingreturns)过渡到“回报递增”上来。例如,美国半导体工业自90年代初恢复对日本的世界霸主地位以来,美国经济也正好同期出现了繁荣增长的势态。从1987年到1996年,美国半导体工业附加值(销售收入扣除材料、水电等费用)由112亿美元增加到416亿美元(1996年销售额为709亿美元),增加值达304亿美元,比制药业、汽车业同期增加值高出50%以上;10年间年均增长率达15.7%,比整个经济快3倍多。近20年来,因半导体产品价格持续下降所造成的消费者购买力提高,就相当于美国国内生产总值的5%,从而使知识经济最发达的美国保持了高增长、低通胀的良好发展态势。
  半导体技术不仅以自身的知识创新直接改变了经济增长质量,而且还以自己独特的集成方法推动着电脑、电信和电器走向融合,把人类逐渐推向多媒体化网络时代。回顾近20年来电脑发展历史,我们明显地看到,正是由于英特尔早期(1971—1974)推出的3种MPU芯片,吸引了美国硅谷一批20来岁早熟的“电脑迷”,他们聚会斯坦福大学校园的“自制电脑俱乐部”,交流或出卖自己利用MPU芯片制造的业余电脑和软件。其中一些人,如微软公司的比尔·盖茨,苹果公司的史蒂文·乔布斯等,后来都成为亿万富翁。就是这些穿紧身裤和工作衬衫的“毛孩子”,震撼了像蓝色巨人IBM这样老牌的电脑制造商,并把他们带进了个人电脑时代,从而完全改变了电脑的发展方向。也正是由于半导体技术所具有的高性能与低价格的连锁推进机制,早期这些MPU芯片迷们关于电脑将迈出神秘殿堂、走进寻常百姓人家的预言,才成为现实。个人电脑在芯片及由此而发展起来的软件协同下,不仅日益个人化,而且正在走向网络化。今天,我们在因特网发展中又看到一个相似的事实,网络通信在半导体“小与大”、“高与低”辩证关系或摩尔定律作用下,不仅激发了个人的想象力,而且将使整个国家,甚至整个世界燃烧起来,推动知识经济向高级形态发展。
  30年代前基本物理学知识创新,引发了晶体管效应的发现,而聚焦于创造财富的半导体技术创新,则不仅以自身的集成技术叩开了知识经济大门,而且还通过集成方法论,推动了高速智能网络的发展,使人类进入了以信息或网络经济为特征的知识经济发展阶段。(附图片)
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