[摘要] 本文用通俗的语言介绍了集成电路50余年来的发展历程。着重介绍集成电路技术和集成电路产业的特点发展规律、当前发展动态以及今后的发展趋势。
[关键词] 集成电路 技术 科普
[中图分类号] TN409 [文献标识码] A [文章编号] 1674-2583（2014）01-0036-05
集成电路的发明和应用是人类20世纪科技发展史上一颗最为璀璨的明珠。50多年来，集成电路不仅给经济繁荣、社会进步和国家安全等方面带来了巨大成功，而且改变了人们的生产、生活和思维方式。当前集成电路已是无处不有、无时不在。她已经成为人类文明不可缺乏的重要内容。
本文将从集成电路发展历史、集成电路技术和集成电路产业特点、当前集成电路发展动态和集成电路发展趋势等方面进行介绍。
1949年12月23日晚，在美国贝尔实验室的一个由肖克莱、巴丁和布拉顿三人组成的研究小组正在用两根与半导体锗晶片紧密接触的金属探针来研究锗晶片中电流传导时，他们发现了晶体管效应。并在此基础上制出了世界上第一枚锗点接触晶体管（如图1）。从此开创了人类大规模利用半导体的新时代。
两年后肖克莱首次提出了晶体管理论。1953年出现了锗合金晶体管，1955年又出现了扩散基区锗合金晶体管。1957年美国仙童公司利用硅晶片上热生长二氧化硅（SiO2）工艺制造出世界上第一只硅平面晶体管。从此，硅成为人类利用半导体材料的主要角色。1956年晶体管的发明获得了诺贝尔物理奖。在授奖仪式上，肖克莱预言：“晶体管的发明不仅仅是一项技术发明，更是一项伟大的科学发现”。
1958年美国德州仪器公司青年工程师基尔比将几个锗晶体管芯片粘在一个锗片上，并用细金丝将这些晶体管连接起来，形成了世界上第一块集成电路（如图2）。1960年初美国仙童公司的诺依思用平面工艺制造出了第一块实用化的集成电路芯片。这个芯片包含了4个晶体管和6个电阻器，组成了一个环形振荡器（如图3）。集成电路的发明为人类开创了微电子时代的新纪元。
从晶体管和集成电路发明之后，正如肖克莱预言的那样，人们在半导体领域内的重大发明层出不穷。表1列出了1947-2004年世界半导体领域的重大发明和重大创新。
至今，半导体领域中获得过诺贝尔物理奖的发明创造共有5项： 1947年发明的锗点接触三极管、1956年发明的隧道效应二极管、1958年发明的集成电路、1969年发明的电荷耦合器件和2004年发明的石墨烯。
晶体管问世之后，由于其广泛的用途而被迅速投入工业生产。当时美国的晶体管生产基地主要集中于加州圣克拉拉周围的“硅谷”和德州达拉斯附近的“硅原”。以后，随着集成电路以及计算机工业的不断兴起，“硅谷”成为世界集成电路的策源地，并由此向世界多个国家和地区辐射：上世纪60年代向西欧辐射，70年代向日本转移，80年代又向韩国、我国台湾和新加坡转移。至上世纪90年代，集成电路产业已成为一个高度国际化的产业。进入本世
纪后，随着我国改革开放的深入发展和国民经济日益繁荣，我国大陆的集成电路产业蓬勃兴起，并逐渐成为世界集成电路的最大市场和产业重镇。此外，目前集成电路产业还正在向印度、俄罗斯、巴西和以色列转移。
近四、五十年来，在半导体技术领域中每一项重大发明创新，几乎都培育出一个新兴产业，形成了内容广泛的 “泛半导体产业”。图4展示了从1947年晶体管发明至1996年兰光LED发明的50年间半导体领域的重大发明和引发的新兴产业。
集成电路是半导体领域中最有活力和最具渗透力的产品（如图5）。在上世纪60-70年代的世界“冷战”时代，集成电路首先被应用于航天和军事。1969年美国阿波罗11号登月成功和上世纪90年代两次海湾战争中“芯片打败钢铁”（即当时美国用高端芯片装备的巡航导弹击败了伊拉克的坦克、大炮）是集成电路应用于航天和军事最成功的事例。
1971年i4004（4位CPU）和1Kb DRAM（1K位动态随机存取存储器）两块集成电路的研发成功，催生了微处理机的出现，1980年IBM研制出第一代商用化PC，把世界推进到PC时代。又仅仅经过十几年的时间，世界上近20亿台PC互相联网，形成了“互联网”，整个地球变成了“地球村”。
从上世纪70年代起，日本一直致力于消费类集成电路的发展。随着世界数字技术取代模拟技术，数字化消费类集成电路蓬勃发展至今。集成电路渗透到生活的每个角落，“芯片”成为人们生活不可分割的内容。
在日本发展集成电路的历程中，曾一度（1985-1992年）产业规模超过美国，尤其在存储器领域日本独占鳌头。并在当时世界前10位半导体厂商排名中日本就占了6家。这就引起美国产业界的极大恐慌。1989年11月以伊恩？M？罗斯为首的美国半导体咨询委员会，以“危机中的战略工业”为题名致信美国时任总统乔治？布什，并对美国半导体发展战略提出建议。在美国工业界的一片呼吁之中美国总统接受了这些建议，并就建立一个充满
竞争力的经营环境，提高美国在世界半导体市场中的份额，以及健全半导体产业链来保持美国半导体工业的持久的、世界一流的、富有竞争力的技术地位等三方面着手重建美国半导体工业。1993年美国重新夺回了世界半导体产业的霸主地位。
从上世纪80年代后期起，随着超大规模集成电路和射频芯片成为现实，移动通信蓬勃发展。人们将复杂的CPU（中央处理器）功能简化，并与GPU（图像处理器）结合，推出了适合于移动智能终端的APU（应用处理器）。加之基带芯片的不断扩展功能，功能手机以及智能手机的发展浪潮一浪高过一浪。2009年美国苹果公司具有划时代意义的iPad问世，在短短的二、三年中平板电脑风靡全球。至今，以智能手机和平板电脑为领航的移动智能终端产业方兴未艾。与此同时世界上的每一部智能手机、每一台平板电脑都可以通过移动互联网，实现相互连结，这就是移动互联网。
进入上世纪九十年代后，在半导体敏感器件和集成电路微细加工技术基础上，MEMS（微机电系统）技术悄然兴起，加上互联网和射频技术的有力介入，使规定领域（包括地域）内特定目标物之间实现互联互通——物联网应运而生，并有望成为电子信息领域中规模最大的产业。
回眸近50年来世界电子信息新兴技术和新兴产业发展的历史，可以得出一个共同的结论：集成电路是当代电子信息技术的核心和基础，集成电路产业是一个国家（或地区）国民经济和社会发展的战略性、基础性和先导性产业。
下期将继续讲述“集成电路的过去、现在和将来（二）中国集成电路的发展历史”。
