小晶片——今日電子業的建築材料
數字式的咖啡器在早上為你煮一壺香濃的咖啡，小型電算機為你省卻不少用鉛筆所作的計算，最新式汽車閃耀著多種顏色的儀表盤——這一切其實有個共同之點：它們之得以製造成功全靠使用許多薄片狀的硅質小晶片。以面積而言，小晶片比嬰孩的拇指甲大不了多少。
這些小晶片也可能從你所擁有的其他許多東西中找到，例如腕錶、電視機、收音機、電話、電器用具和若干工具。從家庭日用品至高度祕密的軍用器材，這種奇妙的電子小珍品在轉變普世人士的生活和工作方式方面擔任重大角色。可是，硅質小晶片究竟是什麼？它是怎樣來的？它以什麼方式進入你的日常生活之中？
小晶片是什麼？
基本上說來，硅質小晶片是微型電子電路的集合體。你可以把電子電路比作本文的句子。每句都由若干標準部分組成，譬如名詞、動詞、形容詞等。藉著以不同方式安排各組成部分，湊集一起的句子就可以構成文章、問題、甚至詩詞。藉著以合乎邏輯的方式綜合許多句子，我們就有了談話和文學作品。
電子電路與此極其相似。藉著把標準電子組件——晶體管、二極管、電阻器等——以不同的方式加以安排，就可以發展出具有多種功能的電子電路。然後，把數千個電子電路結合一起，就可發展成各種各式有用的電子工藝。至少在理論上是如此。
不過，在實際上，把幾十萬電子組件結合起來乃是一項繁重的工作，佔地太多更不在話下。這正是1940年代後期，科學家們在組合第一代電腦時所面對的難題。在美國費城有過一台電腦，稱為「電子數字集成計算機」(ENIAC), 面積佔地1500平方呎，重約30噸，內含大約1萬9000個真空管！這台巨型機器的運作需要相等於1300個100瓦特燈泡的能量。它大量消耗電力，以致引發了不少趣聞。其中之一是，據稱它一開動，費城西部所有電燈都暗了不少。
ENIAC級的電算機儘管體積龐大，在性能方面和目前的電腦比起來卻微不足道。今日的案頭電腦一秒鐘能作幾百萬次演算，但ENIAC在一秒鐘只能緩慢地演算5000次加數和300次乘數。今日的電腦售價僅數百美元，內部記憶裝置卻可以容納10萬數字以上，但另一種早期巨型電腦——EDVAC——只能儲藏1024個數字。今日電腦性能這麼巨大是什麼造成的呢？
1960年代初期，細小但卻效率很高的晶體管面世了。最後，電腦科學家能夠把動作緩慢、大量耗電的巨型電算機的體積縮小。可是，若要製造今日的電腦，還要有另一項改進才行。這項改進是來自攝影方面的。
微型化與小晶片
如所周知，藉著使用適當設備，就可以把照片放大或縮小來符合個人的需要。近年來發展了一種技術，可供電腦工程師以攝影技術把電腦線路的巨大藍圖縮至極小。這些藍圖的複雜之處也許不下於一個大城市的街道圖，但在縮至極小時，卻可以包含在一塊小於隱形眼鏡的晶片之內。這些照片不是印在普通的顯像紙上而是印在純硅質的薄片上。硅是地球上含量最豐富的元素之一，在普通的砂中就可以找到。
硅的若干特性使它宜於用來製造小晶片。例如，藉著加入不同類型的化學雜質，硅可以具有電阻器、電容器、甚至晶體管的功能。因此，在一塊硅質小晶片的特定地方加上這些雜質，就能夠在其上複製整個電子線路。
從熔解和淨化了的砂提煉出的硅晶體形成圓柱形的長管。然後把長管切成許多薄片，加上特別的塗抹品。大型電子線路的微像就刻蝕在相疊的多層薄片之上，並在適當的地方加入化學雜質。結果，在小晶片上的不光是圖像，而且是具有實際功能的電子電路。它們稱為集成電路，或簡稱IC。
在1960年代所製的集成電路大約含有一百個電子組件。工程師因此能夠製成手提箱大小的「小型」電腦供實驗室和其他機構之用。到了1970年代後期，他們製成含有10萬以上組件的大規模集成電路（簡稱LSI）小晶片。這些小晶片的複雜程度，據說在理論上只要用其中一片就可以發揮整台電腦的功能，例如微波烘爐的運作或開動汽車等。今日，電腦科學家正談及包含幾百萬組件的超大規模集成電路(VLSI)小晶片。請想像一下，把將近1000平方哩——或等於兩個阿拉斯加州——的城市街道圖收納在面積只有四分之一平方吋的小晶片內！
小晶片與你
使用小晶片可以減去製造複雜電子器材所需的辛勞焊接工作和手操工作。這樣行可使最終的產品變成更廉宜、更可靠和更小型。大量生產具有特別功能——例如聲音綜合體——的小晶片使成本大幅度下降，因此今日多種產品都加以採用。
是故，我們發現這些小晶片可用於我們在周遭常見的對話機、自動售貨機和汽車之上。在若干國家，把時間或電話號碼告訴你的「接線生」也許是以硅片造成的！能夠聽懂你口頭吩咐的消費品也日益流行。其中有些只是巧妙的小玩意，但有些卻對殘障人士提供亟需的幫助。
小晶片在工業和商業方面也受到重用。在工廠裡，它們被用來操縱機器人的動作，代替人去從事乏味、單調或危險的工作。它們已大舉打進汽車製造行業，從事焊接和塗漆等工作。在辦公室，打字機已迅速被電子字處理機所取代，因為字處理機可以檢查拼音錯漏，加以修正而不必重打全篇文件，它甚至會自動印出收件者的姓名地址。可是，這樣的發展有時是禍福參半的。白領階級固然可以擺脫沉悶無趣的例行工作，但目不轉睛地看著電腦螢光幕的時間卻越來越多。
另一方面，硅質小晶片對當代的資訊技術有顯著的貢獻。你現在閱讀的這本雜誌便是在電腦幕上寫作、植字以及利用電腦協助印刷的。的確，藉著以獨特的多種語言電子照相排字系統(MEPS)從事排版和印刷，守望台社率先把小晶片應用在多種語言上。今日電子業的建築材料——硅質小晶片——的確在普遍性、價值和用途方面均突飛猛進。