結語

不只建構歷史，也將塑造未來

1958年，就在中國人民解放軍開始砲轟金門的第五天，在達拉斯悶熱的夏天，基爾比向同事演示電路的所有元件，包括電晶體、電阻、電容器，¹都可以用半導體材料製造。四天後，萊思羅普第一次把車子開進德州儀器的公司停車場。他已經申請了利用微影成像技術製造電晶體的專利，但還沒拿到軍方頒發的獎金去買新車。在那幾個月前，張忠謀從麻州一家電子公司離職，加入德儀，以近乎神奇的除錯能力大幅提升德儀半導體的良率，因此打響名聲。同年，海格底獲任德儀總裁，董事會認為他為軍事系統製造電子設備的願景，比生產德儀創立時的石油探勘儀器更好。海格底已經找來一群像沃德那樣的²優秀工程師組成團隊，為「智慧型」武器與精準的感測器打造需要的電子產品。

德州與台灣處於世界的兩端，但基爾比在中美危機期間發明積體電路並非巧合。美國向電子公司挹注國防資金，美國軍方有賴科技來維持優勢。隨著蘇聯與共產中國打造產業規模的軍隊，美國無法指望部署更大型的軍隊或更多的坦克，但它可以製造更多的電晶體、更精準的感測器、更有效的通訊設備，這一切最終將使美國的武器變得更加強大。

張忠謀在德州求職，而不是在天津等中國城市求職，這也不是巧合。對一個出身上層知識家庭又有雄心壯志的孩子來說，留在中國要面臨被折磨、甚至死亡的風險。在冷戰的混亂與去殖民化的破壞席捲全球之際，許多國家最優秀、最聰明的人才都試圖前往美國。巴丁與布萊頓發明了第一個電晶體，但真正設計出可量產電晶體結構的是他們在貝爾實驗室的同事穆罕默德．阿塔拉（Mohamed Atalla）與姜大元。與諾伊斯共同創立快捷半導體的「八叛逆」工程師中，有兩位是在美國以外的地方出生。幾年後，一位幹勁十足的匈牙利移民，幫快捷半導體改善了公司晶片製程中的化學品使用，靠著努力晉升成為執行長。

當時，世界上的人大多沒聽過矽晶片，更少人知道矽晶片是如何運作的，美國的半導體生產中心正把全球最聰明的人才吸引到德州、麻州，尤其是加州。這些工程師與物理學家深信，把電晶體盡量縮小，就可以改變未來。事實證明他們是對的，而且結果遠遠超出他們最瘋狂的想像。摩爾與加州理工學院的米德教授等遠見家，預見了未來幾十年的景況。然而，1965年摩爾預測的³「家用電腦」與「個人隨身通訊設備」，根本還沒提到晶片在如今生活中的中心地位。半導體業每天生產的電晶體，⁴最終會超過人體細胞的數量——對當初那些開創矽谷的人來說，這是不可思議的概念。

隨著半導體業的規模擴大及電晶體的尺寸縮小，這個產業更加需要龐大的全球市場。如今，連美國國防部的7000億美元預算，也不足以在美國本土為國防目的打造生產先進晶片的晶圓廠。國防部有專屬造船廠來興建造價數十億美元的潛艇及上百億美元的航空母艦，但它使用的許多晶片是從商用供應商採購，而那些供應商通常是在台灣。對美國的國防部來說，現在連設計一款先進晶片的成本也變得太貴了，成本可能超過一億美元。製造最先進邏輯晶片的晶圓廠，成本是興建航空母艦的兩倍，而且只能暫居領先地位兩三年。

生產運算力的複雜度如此驚人，這顯示出矽谷不只是一個科學或工程的故事。技術只有在找到市場時才會進步。半導體的歷史也是一個有關銷售、行銷、供應鏈管理、降低成本的故事。如果沒有創業者，矽谷就不會存在。諾伊斯是麻省理工學院畢業的物理學家，但他以創業經商成名，他為一種當時還不存在的產品發現了巨大的市場。誠如摩爾在1965年發表那篇著名的文章所述，快捷半導體能否「在積體電路上塞入更多的元件」，不僅有賴該公司的物理學家與化學家，也有賴斯波克那種強勢的生產管理者。追求沒有工會的工廠，並分給多數員工股票選擇權，可以持續地提高生產力。如今電晶體的價格遠遠不到1958年價格的百萬分之一，這要歸功於一位如今大家已遺忘的快捷半導體員工的精神，他在離職問卷上填寫的離職理由是：⁵「我——要——去——賺——大——錢。」

回顧過往，「晶片創造了現代世界」這種說法未免太過簡化，因為我們的社會與政治建構出晶片的研究、設計、生產、組裝及使用的方式。例如，國防部的研發單位DARPA資助3D電晶體結構（亦即所謂的FinFET，這是用於最先進的邏輯晶片）的關鍵研究，真正塑造了半導體。未來，無論中國是否達成其稱霸半導體業的目標，其鉅額補貼也都將大幅改造半導體的供應鏈。

當然，沒有人能保證晶片在未來仍像過去一樣重要。我們對運算力的需求不太可能減少，但我們可能會耗盡供給。摩爾定律只是一個預測，不是物理學的事實。從輝達的執行長黃仁勳，到史丹佛大學的前校長兼Alphabet的董事長約翰．漢尼斯（John Hennessy）等業界名人，都宣稱⁶摩爾定律已死。在某個時點，物理定律將使電晶體不可能再縮小。即使在那個時點之前，製造更小電晶體的成本可能也會變得太高。成本下降的速度已明顯變慢。製造更小晶片所需的設備極其昂貴，尤其每台EUV曝光機的造價更是超過一億美元。

摩爾定律的終結，對半導體業乃至於全世界都將是極大的衝擊。我們每年之所以能生產更多的電晶體，純粹是因為這樣做在經濟上是可行的。然而，這不是第一次摩爾定律被宣判瀕臨死亡。1988年，IBM備受尊敬的專家、後來擔任美國國家科學基金會（National Science Foundation）主席的埃里希．布洛赫（Erich Bloch）曾說，電晶體縮小到四分之一微米時，摩爾定律就終止了。但10年後，⁷晶片業衝破了那個障礙。2003年摩爾在一次簡報中擔心地說，「未來10年左右，一如往常的運作肯定會遇到障礙」，但這些潛在的障礙都已經被克服了。當時，摩爾認為3D電晶體結構是一個「激進的概念」，但不到20年後，我們已經生產了數兆個那樣的3D FinFET電晶體。加州理工學院的米德教授自創了「摩爾定律」一詞。半個世紀以前，他預測每個晶片可能最終會包含一億個電晶體，那項預測震驚了全球的⁸半導體科學家。如今，最先進的晶圓廠可在一塊晶片上塞入米德預測的⁹100倍電晶體數量。

換句話說，摩爾定律的持久延續性，連當初創造這個詞的人和以他的名字命名的人都感到驚訝。它很可能也會讓如今的悲觀者跌破眼鏡。吉姆．凱勒（Jim Keller）是知名的半導體設計師，一般普遍認為他改造了蘋果、特斯拉、AMD、英特爾的晶片。他說他看到了一條清晰的道路，可以把晶片內塞入的電晶體¹⁰密度提高50倍。首先，他認為現有的鰭式電晶體可以印得更薄，那就可以塞入三倍的電晶體。接著，鰭式電晶體將被新型的管狀電晶體所取代，這種電晶體通常稱為「環繞式閘極」（gate-all-around）。那是一種線形的管子，可以從頂部、側邊、底部各個方向施加電場，更好地控制「開關」，因應電晶體縮小所帶來的挑戰。凱勒認為，這些細線可以讓電晶體的密度再增加一倍。他預測，把這些細線堆疊起來，可以使密度再增加八倍。這樣加總下來，一塊晶片可容納的電晶體數量大約可增加50倍。凱勒說：「我們還沒耗盡原子，我們知道怎麼印出單層的原子。」

儘管大家一直在談論摩爾定律的終結，但流入晶片業的資金比以往更多。過去幾年，為AI演算法設計最適晶片的新創公司，已經募集了數十億美元，每家公司都希望成為下一個輝達。Google、亞馬遜、微軟、蘋果、臉書、阿里巴巴等大型科技公司正投入大量的資金設計自家晶片。顯然業界並不缺乏創新。

支持摩爾定律即將終結的最佳論點是，這些針對特定用途、甚至專為個別公司設計晶片的新活動，正在取代「通用」運算方面的持續精進（過去半個世紀以來，英特爾以規律的步調不斷推出日益強大的微處理器）。尼爾．湯普森（Neil Thompson）與斯溫賈．斯潘努斯（Svenja Spanuth）這兩位研究人員甚至認為，我們正看到「電腦這種通用技術的衰頹」。他們認為，運算的未來將分成兩類，一類是「快速」應用程式，使用強大的訂製晶片；另一類是「慢速」應用程式，使用升級漸緩的¹¹通用晶片。

不可否認的是，身為現代運算主力的微處理器，有一部分正被特定用途的晶片所取代。目前還不確定的是，這會不會是一個問題。輝達的GPU不像英特爾的微處理器那樣有通用功能，因為它們是專為圖形以及愈來愈多的AI所設計的。然而，輝達與其他為AI設計最適晶片的新創公司，大幅降低了AI的實現成本，使AI因此變得更普及。如今的AI比十年前所想像的更「通用」，主要也是歸功於更強大的新晶片。

亞馬遜、Google等大型科技公司最近紛紛自行設計晶片，這個趨勢代表近幾十年來的另一個變化。亞馬遜與Google跨入晶片設計事業，是為了幫那些驅動其雲端運算的伺服器提升效率。任何人都可以付費連上Google雲端的TPU晶片。悲觀者認為，運算就是從這裡開始分成「慢速」與「快速」。不過，令人驚訝的是，幾乎任何人都可以藉由購買輝達的晶片或租用連上AI優化的雲端，輕易地使用「快速」應用程式。

此外，組合不同類型的晶片¹²比以往更容易了。過去，一台裝置通常只有一個處理器晶片，現在可能有多個處理器，其中一些專注於一般運作，另一些是針對相機等特定功能優化。現在之所以能做到這樣，是因為新的封裝技術使高效連接晶片變得更容易，公司可以隨著處理要求或成本考量的變化，輕易地把某些晶片嵌入或取出裝置。大型晶片公司現在更注重晶片的運行系統。因此，我們是否快達到摩爾最初定義的摩爾定律極限（每個晶片的電晶體數量呈指數成長）並不是重點。重點在於，我們以划算的成本所生產的晶片，是否已經達到運算力的極限。目前有成千上萬的工程師及上百億美元的資金是押注在「否」。

早在1958年12月，也就是張忠謀、海格底、沃德、萊斯羅普、基爾比都聚集在德儀的那年，寒冷的華盛頓特區舉行了一場電子大會。張忠謀、摩爾、諾伊斯都出席了那場會議，他們一起出門喝啤酒，並在那天將結束前的幾小時，漫步回旅館。那時他們都很年輕，興奮地在雪地中唱歌。街上的路人不可能料到這三人將會是未來的科技巨擘。然而，他們不僅在數十億個晶圓上留下了持久的印記，也在我們的生活中留下了持久的印記。他們發明的晶片及建立的產業提供了隱藏的電路，不僅建構了我們的歷史，¹³也將塑造我們的未來。