CPU 就是在一張硅片上,刻幾百萬個晶體二極管。
製成二極管,硅的開啟電壓(死區電壓)需要 0.5V,鍺的開啟電壓只需 0.1V。
也就是鍺 CPU 只需零點幾的電壓就能運行,比現在的 1V 低多了,也算 CPU 的革命吧。
電壓更低,意味發熱量更少,集成度和頻率可以更高。
即便開發鍺 CPU 有困難,也比腦動大開的 量子 CPU、光子 CPU、DNA CPU 靠譜吧?
1883年,大發明家愛迪生正在絞盡腦汁改進他之前發明的碳絲電燈,因為碳絲太容易蒸發了。
有一天,他忽發奇想:在燈泡內放入一根銅線,也許可以阻止碳絲蒸發,延長燈泡壽命。
結果實驗又一次失敗了,碳絲依舊蒸發的一乾二淨。但他卻從這次失敗的試驗中發現了一個稀奇現象,銅線上竟有微弱的電流通過。
真是奇怪!銅線與碳絲並不聯接,哪裡來的電流?當時的物理學還解釋不了這個問題,有商業頭腦的愛迪生立刻申請了專利,命名為“愛迪生效應”,然後繼續去改進他的電燈了。
後來人們知道,這是由於熱能激發出了電子,英國物理學家弗萊明根據“愛迪生效應”發明了世界上第一隻二極電子管,由於一般管內要抽真空,所以也叫真空管。
後來,貧困潦倒的美國發明家德福雷斯特,在二極管的燈絲和板極之間巧妙地加了一個柵板,從而發明了第一隻真空三極管。
這種有魔力的電子管可以放大電子信號,防止微弱的信號流失,它更像是一扇門,只允許電流單向流動,這樣電子就不會迴流到電路中。你可以把它想象為一個抽水馬桶,如果下水道不是單向的,我們該如何生活?
這一下子開闢了電子學的春天,德福雷斯特自嗨道:“我發現了一個看不見的空中帝國!”
最早,電子管的發展帶動了無線電通訊,一大批無線電臺野火春風般迅速出現在了世界各地。然而,這還只是開始!
在美國新澤西州,距愛迪生的發明工廠只有幾英里遠的一個地方,有一座世界上最有名(沒有之一)的實驗室——貝爾實驗室,那裡誕生了八個諾貝爾獎得主。
1945年,二戰結束後,貝爾實驗室裡的物理學家肖克利打算用硅製造一種代替電子管的放大器。
在當時,所有的工程師都不得不用電子管,但都無比討厭電子管,因為電子管的玻璃殼又長又脆,體積龐大,還容易過熱。
肖克利很清楚,半導體是解決問題的關鍵,只有半導體才能達到工程師所期望的平衡,一方面允許足夠的電子通過形成迴路,另一方面也不會失去控制。
事後證明,他是非常有遠見的,他選擇了硅做電子管,可惜幾次實驗都失敗了。
兩年過去了,還是沒有太大進展,肖克利還有更重要的事情要做,他把新型晶體管項目丟給了兩位下屬:巴丁和布拉頓。
巴丁和布拉頓是一對好搭檔,巴丁的動手能力較差,而布拉頓是一個極好的工程師,很多時候,都是巴丁出點子,而布拉頓衝向第一線執行。
接到這個項目,兩人很快找到了肖克利的癥結所在:硅太脆了,而且難以提純。
於是他們拿出了元素週期表,看看還有什麼元素跟硅比較類似,一眼就看到了鍺。
相對於硅,鍺的外層電子能級較高,所以外層電子更容易貢獻出來,導電能力更好。很快,1947年,世界上第一隻晶體管誕生了,用鍺做的哦。
這時候肖克利才從法國出差歸來,迴歸到此項目中,讓他看起來像個領導。
1956年,他們三人一起獲得了諾貝爾物理學獎,這件事情意義非常,要知道,諾貝爾物理學獎由瑞典皇家科學院負責評選,他們的口味更傾向於純粹的科學研究而非技術開發。
1956年針對晶體管發明的諾獎,代表著他們對應用科學的認可,事實也證明,他們的眼光很厲害,晶體管後來確實改變了世界。
巴丁和布拉頓是頂級的研發工程師,但是他倆太靦腆了,據說在諾獎頒獎典禮上,他倆緊張到胃部痙攣,在面對瑞典國王時竟然說不出話來。
相反,肖克利則是一個為目的不擇手段的上司。他將巴丁驅趕到另一個項目,自己則將鍺晶體管的成果據為己有。
貝爾實驗室的這個團隊就這樣走到了頭,再也沒有什麼新的發明。
貝爾實驗室完成了技術可行性,而工業化則由“德州儀器”公司完成。
在當時,鍺晶體管研製成功,計算機的處理能力比電子管時代提升了好幾個數量級,收音機等日用電器也用上了鍺晶體管。
但鍺畢竟太稀有了,昂貴的價格讓所有的工程師都將眼光重新向硅看去。
鍺確實導電性很好,但也會產生不必要的熱量,導致晶體管過熱停機,更重要的還是硅的廉價。
1954年,在美國的一次展會上,一位來自“德州儀器”公司的工程師戈登*蒂爾上臺變了個戲法。
他將一臺連在電唱機的鍺晶體管扔進一桶熱油,電唱機立即禁聲了。
然後他又拆下鍺晶體管,換上自己的硅晶體管,也扔進油桶裡,電唱機的音樂依然繼續。他的廣告大獲成功,當場簽下無數訂單。
從此,鍺被晶體管拋棄了。
1958年,“德州儀器”公司迎來了一位新員工,他說話很慢,總是不苟言笑。
他發現他的新公司裡有一大群低收入的女工,每天干的都是穿著防護服汗流浹背,一邊看著顯微鏡,一邊發著牢騷,一邊將極小的硅元件焊接到一起。
有時候,纖細的電線不小心斷掉,前面的工作就白費了。
工程師對此也無能為力,因為計算機硬件發展越來越快,他們總是得將硬件做的更復雜,也就需要更多的晶體管。
一個炎熱的夏天,公司所有的員工都出去休假了,基爾比一個人來到工作臺前,難得的寧靜讓基爾比開始沉思。
花費好幾千人來焊接晶體管實在是太愚蠢了,為什麼不能把所有的部件都刻在一張半導體上呢?
基爾比馬上就開始行動起來,他盤算了一下,覺得硅的純度不足以製造他所需要的電阻和電容,所以還是選擇了鍺。
很快,他成功了,他這樣描述自己的發明:“在一個半導體材料的體內,所有的組成電路看似各自獨立,卻都是高度集成的!”因此他的新玩意兒被稱為:“集成電路”。
和上次一樣,鍺元素再次為人作嫁,僅僅半年之後,美國仙童公司的諾伊斯就發明了基於硅的集成電路,基爾比的鍺集成電路只能躺在博物館裡。
在競爭激烈的市場上,資本家想也不想就會選擇便宜的硅。
好在基爾比沒有被人遺忘,在計算機硬件領域,很多後來者依然視他為第一偶像,直到現在,我們使用的CPU仍然以他的設計為基礎。
2000年,他終於得到了他的回報:諾貝爾物理學獎。
可憐的是,鍺似乎被人徹底遺忘了,全球信息產業人才的集中地是硅谷,而不會有人提“鍺谷”。
雖然鍺元素在兩次技術開發時期都起到了開創性的作用,但都把榮耀給了硅,堪稱臉最黑的元素。難道只是因為它稀少,這也是它的錯嗎?