小晶片——今日电子业的建筑材料

数字式的咖啡器在早上为你煮一壶香浓的咖啡，小型电算机为你省却不少用铅笔所作的计算，最新式汽车闪耀着多种颜色的仪表盘——这一切其实有个共同之点：它们之得以制造成功全靠使用许多薄片状的硅质小晶片。以面积而言，小晶片比婴孩的拇指甲大不了多少。

这些小晶片也可能从你所拥有的其他许多东西中找到，例如腕表、电视机、收音机、电话、电器用具和若干工具。从家庭日用品至高度秘密的军用器材，这种奇妙的电子小珍品在转变普世人士的生活和工作方式方面担任重大角色。可是，硅质小晶片究竟是什么？它是怎样来的？它以什么方式进入你的日常生活之中？

小晶片是什么？

基本上说来，硅质小晶片是微型电子电路的集合体。你可以把电子电路比作本文的句子。每句都由若干标准部分组成，譬如名词、动词、形容词等。借着以不同方式安排各组成部分，凑集一起的句子就可以构成文章、问题、甚至诗词。借着以合乎逻辑的方式综合许多句子，我们就有了谈话和文学作品。

电子电路与此极其相似。借着把标准电子组件——晶体管、二极管、电阻器等——以不同的方式加以安排，就可以发展出具有多种功能的电子电路。然后，把数千个电子电路结合一起，就可发展成各种各式有用的电子工艺。至少在理论上是如此。

不过，在实际上，把几十万电子组件结合起来乃是一项繁重的工作，占地太多更不在话下。这正是1940年代后期，科学家们在组合第一代电脑时所面对的难题。在美国费城有过一台电脑，称为“电子数字集成计算机”(ENIAC), 面积占地1500平方尺，重约30吨，内含大约1万9000个真空管！这台巨型机器的运作需要相等于1300个100瓦特灯泡的能量。它大量消耗电力，以致引发了不少趣闻。其中之一是，据称它一开动，费城西部所有电灯都暗了不少。

ENIAC级的电算机尽管体积庞大，在性能方面和目前的电脑比起来却微不足道。今日的案头电脑一秒钟能作几百万次演算，但ENIAC在一秒钟只能缓慢地演算5000次加数和300次乘数。今日的电脑售价仅数百美元，内部记忆装置却可以容纳10万数字以上，但另一种早期巨型电脑——EDVAC——只能储藏1024个数字。今日电脑性能这么巨大是什么造成的呢？

1960年代初期，细小但却效率很高的晶体管面世了。最后，电脑科学家能够把动作缓慢、大量耗电的巨型电算机的体积缩小。可是，若要制造今日的电脑，还要有另一项改进才行。这项改进是来自摄影方面的。

微型化与小晶片

如所周知，借着使用适当设备，就可以把照片放大或缩小来符合个人的需要。近年来发展了一种技术，可供电脑工程师以摄影技术把电脑线路的巨大蓝图缩至极小。这些蓝图的复杂之处也许不下于一个大城市的街道图，但在缩至极小时，却可以包含在一块小于隐形眼镜的晶片之内。这些照片不是印在普通的显像纸上而是印在纯硅质的薄片上。硅是地球上含量最丰富的元素之一，在普通的砂中就可以找到。

硅的若干特性使它宜于用来制造小晶片。例如，借着加入不同类型的化学杂质，硅可以具有电阻器、电容器、甚至晶体管的功能。因此，在一块硅质小晶片的特定地方加上这些杂质，就能够在其上复制整个电子线路。

从熔解和净化了的砂提炼出的硅晶体形成圆柱形的长管。然后把长管切成许多薄片，加上特别的涂抹品。大型电子线路的微像就刻蚀在相叠的多层薄片之上，并在适当的地方加入化学杂质。结果，在小晶片上的不光是图像，而且是具有实际功能的电子电路。它们称为集成电路，或简称IC。

在1960年代所制的集成电路大约含有一百个电子组件。工程师因此能够制成手提箱大小的“小型”电脑供实验室和其他机构之用。到了1970年代后期，他们制成含有10万以上组件的大规模集成电路（简称LSI）小晶片。这些小晶片的复杂程度，据说在理论上只要用其中一片就可以发挥整台电脑的功能，例如微波烘炉的运作或开动汽车等。今日，电脑科学家正谈及包含几百万组件的超大规模集成电路(VLSI)小晶片。请想象一下，把将近1000平方哩——或等于两个阿拉斯加州——的城市街道图收纳在面积只有四分之一平方寸的小晶片内！

小晶片与你

使用小晶片可以减去制造复杂电子器材所需的辛劳焊接工作和手操工作。这样行可使最终的产品变成更廉宜、更可靠和更小型。大量生产具有特别功能——例如声音综合体——的小晶片使成本大幅度下降，因此今日多种产品都加以采用。

是故，我们发现这些小晶片可用于我们在周遭常见的对话机、自动售货机和汽车之上。在若干国家，把时间或电话号码告诉你的“接线生”也许是以硅片造成的！能够听懂你口头吩咐的消费品也日益流行。其中有些只是巧妙的小玩意，但有些却对残障人士提供亟需的帮助。

小晶片在工业和商业方面也受到重用。在工厂里，它们被用来操纵机器人的动作，代替人去从事乏味、单调或危险的工作。它们已大举打进汽车制造行业，从事焊接和涂漆等工作。在办公室，打字机已迅速被电子字处理机所取代，因为字处理机可以检查拼音错漏，加以修正而不必重打全篇文件，它甚至会自动印出收件者的姓名地址。可是，这样的发展有时是祸福参半的。白领阶级固然可以摆脱沉闷无趣的例行工作，但目不转睛地看着电脑萤光幕的时间却越来越多。

另一方面，硅质小晶片对当代的资讯技术有显著的贡献。你现在阅读的这本杂志便是在电脑幕上写作、植字以及利用电脑协助印刷的。的确，借着以独特的多种语言电子照相排字系统(MEPS)从事排版和印刷，守望台社率先把小晶片应用在多种语言上。今日电子业的建筑材料——硅质小晶片——的确在普遍性、价值和用途方面均突飞猛进。