杰克·基尔比

杰克·基尔比:无人工作的夏天

1958年夏天,德州仪器(Texas Instruments)因公司假期而空无一人。杰克·基尔比(Jack Kilby)几周前才入职,尚未积累任何假期,因此他留在了达拉斯一间空荡荡的实验室里,致力于解决当时业界所谓的“数字暴政”(tyranny of numbers)难题。9月12日,他向经理们展示了一片连接到示波器上的锗片。示波器上的轨迹是一条连续的正弦波。一个完整的电子电路已由单块材料制成,而此后的一切——微处理器、手机、互联网——都源于那个下午。

堪萨斯州的冰暴

杰克·圣克莱尔·基尔比(Jack St. Clair Kilby)于1923年11月8日出生在密苏里州的杰斐逊城,并在堪萨斯州的大本德(Great Bend)长大,他的父亲在那里经营一家小型电力公司,为分散在州西部农村地区的客户提供服务。对他影响深远的一件事发生在一次冰暴期间,当时电力线路中断。基尔比看着父亲利用业余无线电与电力公司的客户保持联系,而当时其他任何方式都无法触达他们。从那时起,电子技术对他而言不再是抽象的概念,而是当一切都失败时能够起作用的东西。

他从大本德高中毕业,并于1947年获得了伊利诺伊大学电气工程学士学位——正如他后来所言,这是在晶体管发明前的一年,这使他处于随后该领域发展的最佳年龄。他于1948年与芭芭拉·安内格斯(Barbara Annegers)结婚;他们有两个女儿,安(Ann)和珍妮特(Janet)。他前往密尔沃基为一家无线电和电视元件制造商工作,并利用夜间时间攻读威斯康星大学电气工程硕士学位,于1950年完成学业。

数字暴政

20世纪50年代困扰工业界的问题不是如何让电路工作,而是如何让它们变大。每一个额外的晶体管、电阻器和电容器都必须单独制造并单独焊接在邻近元件上。一台复杂的机器需要数以万计的手工接点,每一个接点都有失败的风险。可靠性的上限非常坚硬且低下。

基尔比于1958年加入德州仪器,原因很明确:他说这是唯一一家同意让他几乎全职从事电子元件小型化工作的公司。他在那个空旷的暑期实验室里得出的见解是:如果所有元件都能由相同的半导体材料制成,它们就可以一次性制成,成为一个整体,而焊接也将消失。他在一根锗棒上制造了一个移相振荡器,并于1958年9月12日进行了演示。1959年2月6日,他为小型化电子电路提交了美国专利3,138,743号。

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他的版本需要用微小的导线在元件之间手动连接——这就是飞线问题,几个月后,仙童半导体(Fairchild Semiconductor)的罗伯特·诺伊斯(Robert Noyce)通过将铝制连接印刷到平坦的氧化物表面上解决了这一问题。两家公司为此诉讼多年,最终实现了交叉许可。基尔比从未否认过共同的功劳;他一贯称赞诺伊斯是让集成电路获得商业认可的合伙人,两人于1989年共同获得了查尔斯·斯塔克·德雷珀奖(Charles Stark Draper Prize)。

让它变得平凡

基尔比的第二项成就是证明了该技术的实用性。在德州仪器,他领导了团队构建了第一批军事系统和第一台使用集成电路的计算机。随后,在一项具有巨大商业影响的决策中,德州仪器给他指派了任务,要求找到一种能向普通大众展示芯片的消费产品。他与杰里·梅里曼(Jerry Merryman)和詹姆斯·范塔塞尔(James Van Tassel)共同发明了手持式电子计算器——这种设备在几年内就淘汰了计算尺,并将集成电路带入了数百万人的口袋中。他还共同发明了此类计算器使用的热敏打印机。

1970年,他请假离开德州仪器,以独立发明家的身份工作,随后的十年里,他将大部分时间投入到太阳能发电的硅技术上。从1978年到1984年,他担任德州农工大学(Texas A&M University)电气工程杰出教授。他于1983年正式从德州仪器退休,但余生一直与公司保持联系。他持有集成电路和其他七项发明的专利——对于他这个地位的人来说,这是一个很小的数字,也充分表明他感兴趣的是少数几个重大问题,而不是许多琐碎的小问题。

荣誉接踵而至。1967年入选美国国家工程院(National Academy of Engineering)。1969年获得理查德·尼克松(Richard Nixon)颁发的国家科学奖章(National Medal of Science)。1986年获得IEEE荣誉奖章(IEEE Medal of Honor)。1989年获得德雷珀奖。1990年获得乔治·H·W·布什(George H. W. Bush)颁发的国家技术奖章(National Medal of Technology)。1993年获得京都奖(Kyoto Prize)高级技术奖。获得了伊利诺伊大学、威斯康星大学、南卫理公会大学和耶鲁大学的名誉博士学位。1995年,在他健在时,IEEE以他的名字设立了一枚信号处理奖章。随后在2000年,即演示成功四十二年后,他与若列斯·阿尔费罗夫(Zhores Alferov)和赫伯特·克勒默(Herbert Kroemer)共同获得了诺贝尔物理学奖,以表彰他在发明集成电路方面的贡献。

为什么杰克被称为天才

基尔比的天赋在于还原而非扩展。面对一个由独立部件数量定义的问题时,他质疑这些部件是否真的需要分开——并通过用半导体材料制造电阻器和电容器来回答这个问题,尽管半导体材料并不擅长此项功能,但他这样做纯粹是为了让一切都能成为一个整体。从工程角度看,这是一个丑陋的解决方案,但从概念上讲却是天才之举。他在几周内,独自一人,在空荡荡的大楼里发现了它。

诺贝尔委员会的背书是明确无误的,而瑞典皇家科学院很少授予工业工程领域的奖项;2000年授予基尔比的奖项在某种程度上表明,集成电路属于基础物理学的范畴。国家科学奖章和IEEE荣誉奖章在美式语境中表达了同样的含义。

反面案例是真实存在的,基尔比本人也会承认这一点。他最初的设备无法量产;诺伊斯的平面版本(而非基尔比的版本)是此后制造的每一块芯片的祖先。集成化的想法在当时已是众所周知——数字暴政是一个已命名的难题,许多实验室都在攻克它,如果基尔比没有在1958年解决它,不久之后也会有人解决。据认识他的人说,他也是一位非常谦虚的人,抵制那种将他塑造成“孤独发明家”的说法。不可否认的是他的优先权和胆识:他是第一个制造出该设备的人,而且当时他只是一名毫无资历的新员工,凭着直觉在假期中完成了这项工作。

遗产

基尔比于2005年6月20日在达拉斯因癌症去世,享年八十一岁。他的名字被冠以德州仪器的基尔比实验室(Kilby Labs)、爱丁堡纳皮尔大学(Edinburgh Napier University)的一个计算机中心、一枚IEEE奖章、一个成立于1980年的奖励基金会,以及德克萨斯大学达拉斯分校(University of Texas at Dallas)的一座雕像;他的手稿被送往南卫理公会大学的德戈耶图书馆(DeGolyer Library)。更准确的纪念碑是整个电子工业,它们不过是对那个在空荡荡的实验室里示波器屏幕上持续了几秒钟的演示所作的一系列注脚。

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