“有极少数人凭借他们的智慧和专业领域的成就改变了这个世界,杰克·基尔比就是其中之一。”德州仪器公司曾经这样评价他。
他是集成电路的发明者,也是集成电路广泛应用的推行者和见证者。1958年,他成功研制出世界上第一块集成电路。2000年,他被授予了诺贝尔物理学奖。
此时,距离他的发明已长达42年,但也正因相隔愈久,愈突显他的成就。这枚小小的集成电路芯片,将电脑、手机等便捷的电子设备带入我们的生活。可以说如果没有他的这项发明,就没有如今的信息化时代。
今天我们就来走进“集成电路之父”杰克·基尔比的人生。
一、早年生活,电子学启蒙
1923年11月8日,杰克·基尔比(Jack Kilby)出生在美国堪萨斯州大本德市,不过也有人说是密苏里州,但他童年的大部分时间肯定是在大本德度过的。如今,小镇入口处还有他的纪念路标,大本德高中的公共区域也被命名为杰克·基尔比公共区域。
他的父亲叫赫伯特·基尔比(Hubert Kilby),母亲叫薇娜·基尔比(Vina Kilby),父母均毕业于伊利诺伊大学(美国最具影响力的公立大学系统之一)。父亲是一位电气工程师,经营着一家小型电力公司,客户遍布堪萨斯州西部农村地区。
和很多人的童年一样,基尔比从小也是按部就班的上学。学习之余,他时常也会和父亲去巡视电厂,但要说真正开始对电子学感兴趣,始于他高中时。
少年基尔比
当时,一场巨大的冰暴摧毁了大部分承载电话和电力线的电线杆。他的父亲与业余无线电操作员合作,与失去电力和电话服务地区的客户进行通信。看着父亲和无线电操作员的配合,他瞬间被吸引,激发了他对电子学的兴趣,也是在那时他决定要朝着这个方向发展。
二、二战,初历练
高中毕业后,他进入了父母的母校,伊利诺伊大学,学习电气工程,同时还选修了一些真空管工程物理课程。
然而,刚进入大学不久,日本偷袭珍珠港,二战太平洋战争爆发。基尔比也受召加入了美国陆军通信兵团。他利用自己在高中期间对业余无线电的兴趣和早期经验,改进了标准无线电,使其更适合部署,帮助了小部队与大部队进行通信。
据其称,他还来过中国,参加了一个通信分遣队,从中国的云南省,一路开车辗转到达中国西北的西安附近,协助通信工作。参战的经历,也给基尔比积累了丰富经验。
战后,基尔比继续回到了学校。就在贝尔实验室肖克利、布拉顿、巴丁,发明晶体管这一年。1947年,他从大学毕业。
参军时的基尔比
三、早期工作
毕业后,基尔比加入了位于密尔沃基的中小型电子制造公司,环球联合(Globe Union)的中心实验室(Centralab),该公司主要设计和开发收音机、电视和其他音频设备的零件,而基尔比主要负责小型电子电路工作。
工作之余,基尔比还去攻读了威斯康星大学的夜校课程。当然,工作和上课的双重压力并不小,但他说:“这件事能够做到,且它的确值得去努力。”
功夫不负有心人,1950年,基尔比成功获得了电气工程硕士学位。同时,爱情也迎来结果。他与芭芭拉·安吉斯(Barbara Annegers)结婚,并育有两个女儿:安·基尔比和珍妮特·基尔比。
1952年,在美国反垄断法的施压之下,贝尔实验室向全美38家公司低价授权晶体管的生产许可。这其中,就包括了基尔比所在的公司。同年,基尔比被公司派往贝尔实验室总部,了解晶体管,这期间的学习也让基尔比受益匪浅。
回到中心实验室,基尔比就开始研究用于助听器的基于锗的晶体管。但始终受制于公司规模,基尔比此时意识到,想要实现电路小型化的目标,他需要一家更大公司的资源来支持。
四、加入德州仪器:集成电路的诞生
经过多方的面试洽谈,只有德州仪器(TI)一家公司同意让他全职从事电子元件小型化工作,事实也证明这的确是一个非常好的选择。1958年中,基尔比跳槽到了德州仪器公司(TI),与他同时进入TI公司的还有台积电创始人张忠谋。
基尔比生性温和,寡言少语,加上近2米的身高,因此被助手和朋友称作“温和的巨人”。或许正是因为这样沉着冷静的性格,才让他更加专注于研究。
基尔比和德州仪器公司的同事
由于得州一到夏天就会非常炎热,所以当地公司都会给员工放暑假。但基尔比是新聘的工程师,所以还没有享受暑假的权利。
到德州后的整个夏天基尔比都在埋头研究,他试图解决电路设计中的“数字暴政”(Tyranny of Numbers)问题,是当时所有计算机工程师面临的一个问题,如何在有限空间内封装越来越多电路。也许正是因为无人打扰,基尔比很快就取得了突破。
基尔比得出结论:在一块半导体材料中批量制造电路元件可以提供解决方案。
1958年9月12日,他向公司管理层介绍了自己的发现。他向他们展示了一块带有示波器的锗,按下开关,示波器显示出连续的正弦波,证明了他的集成电路可以工作。
在众人的见证下,世界上第一个采用单一材料制成的集成电路(Integrated Circuit)正式问世。
第一块集成电路
1959年2月6日,基尔比向美国专利局提交了第一个集成电路的专利,美国专利号为3138743,该专利被正式称为“小型化电子电路”(后来称为微芯片)。
它的诞生,使计算机变成普通人可以亲近的日常工具。同时,催生了更多方便快捷的电子产品,让它们进入普通人的生活,是一项真正惠及每一个人的发明。
五、集成电路专利争端与应用
几个月后,仙童半导体公司的罗伯特·诺伊斯(Robert Noyce,英特尔创始人之一)也创建了类似的集成电路,该集成电路基于硅(也是现代集成电路的主要原材料),由于材料更便宜易得,因此仙童公司很快就投入了到了商业领域。
后来,两家公司还因为集成电路的发明问题展开了多年的专利争夺战。
直到1966年,富兰克林学会给两人都授予了巴兰丁奖,将基尔比誉为“第一块集成电路的发明家”,诺伊斯誉为“提出了适合于工业生产的集成电路理论”的人。
集成电路发明者之一,罗伯特·诺伊斯
同年,德州仪器公司和仙童公司达成和解,共享集成电路的专利。1969年,法院判定,二者申请的集成电路专利是并行独立发明,相当于从法律上承认两人都是集成电路的发明者。因此,后来普遍将基尔比和诺伊斯都称为集成电路的发明者。
发明了集成电路后,基尔比继续开拓,将其应用到军事、工业和商业领域。基尔比领导的团队开发了第一个包含集成电路的军事系统和第一台集成电路计算机。
此外,基尔比还与杰里·梅里曼(Jerry Merryman)和詹姆斯·塔塞尔(James Tassel)一起发明了第一台手持式计算器,称为“Pocketronic”,它使用这些新型微芯片来完成复杂的计算。同时,还促成了第一台热敏打印机的发明。
1970年,他从德州仪器休假,成为一名独立发明家。开始自己的课题研究,他探索了包括利用硅技术发电的太阳能电池板的早期概念。1978年至1984年,他同时担任德克萨斯农工大学电气工程教授。1983年,基尔比正式从德州仪器公司退休。
六、基尔比的奖项和成就
2000年12月,杰克·基尔比正式获得诺贝尔物理学奖,这对于他来说完全是一个惊喜。他说:“我知道我发明的集成电路对于电子产业非常重要,但我从来没有想到它的应用会像今天这样广泛”。
同时,基尔比也提到了与他共同被誉为集成电路发明者的罗伊斯,他于1990年去世。
基尔比表示:“我想在正确的时间提及另一个正确的人,那就是罗伯特·诺伊斯(Robert Noyce),他与我同时代,曾在仙童半导体公司工作。当罗伯特和我走同样的路时,我们共同努力以实现集成电路的商业应用。如果他还活着,不用怀疑,我们会分享这个奖项。”
2000年12月10日,杰克·基尔比在斯德哥尔摩音乐厅从瑞典国王手中接过诺贝尔奖
除了诺贝尔物理学奖之外,基尔比一生拥有60多项专利和大量的权威荣誉,包括电气和电子工程师协会(IEEE)颁发的多项奖项和荣誉,以及各个基金会和机构颁发的奖项,例如美国国家科学奖章和国家技术奖章。1982年,还入选了美国国家发明家名人堂。
2005年6月20日,基尔比因癌症在德克萨斯州达拉斯去世,享年81岁。
杰克·基尔比去世后,他的两个女儿将他的个人手稿和个人照片集捐赠给位于得克萨斯州的南卫理公会大学(SMU)。该藏品也被编目并永久存储在了SMU的DeGolyer图书馆里。