2023年4月9日星期日

Beckman Shockley Moore 與矽谷

上個月 Intel 的創辦人 Gordon Moore 去世,提到 Moore 大家立即會想到摩爾定律,半導體產業及加州矽谷。在不到70年的時間,從一個最簡單的電晶體到今天上億個電晶體結合在一起的電腦晶片,這一切都要從一個小小的公司開始,Shockley semiconductor laboratories. Gordon Moore 是這個公司聘請的第一批工程師。而這個公司的成立則是另外兩個人,Arnold Beckman 和 William Shockley 共同努力的成果。


Beckman, Shockley 和 Moore 三個人,一個是企業家,一個是電晶體的發明人,一個是把半導體推向全世界的人。矽谷的成功,這三個人缺一不可。他們有一個共通之處,都畢業自加州理工學院(cal tech)。Beckman 和 Moore 學的是化學,Shockley學的是物裡。半導體產業是科學企業化最成功的例子。它完全是量子力學和現代物理的產物。


Shockley 從 Caltech 畢業後赴 MIT 攻讀博士,他的指導教授是著名的物理學家 John Slater。論文題目是 “氯化鈉的能帶結構”。他後來加入貝爾實驗室,與 Bardeen, Brattain 在 1947年發明電晶體。他們都是物理學家,就是因為他們對固態物理及電子傳輸機制的瞭解才使他們有能力發明電晶體。在 1950年Shockley出版了 “ Electrons and Holes in semiconductors with applications to transistor electronics”. 在這本書裡他從基本的物理角度描述了電晶體運作的機制。

Beckman and Shokley in1955


1955年 Shockley 想要創業,但要把一個實驗室裡的東西及計算紙上的方程式變成實際的產品談何容易。他回到加州,找到他以前在 Caltech 的教授,Arnold Beckman. Beckman 是學而優則商最成功的例子。他在獲得博士學位後留在化學系任教。他有一項特長是自己設計並製作實驗儀器。在 1934年他發明了電子 pH meter。pH 是量測一個溶液酸鹼度的單位,在化學研究及食品工業上是一個重要的參數。他的發明大幅提升了量測 pH 值的準確性和方便性。他利用真空管作放大器來提升量測的靈敏度。因為這項發明他成立了 Beckman Instruments 公司,又陸續發明了許多有用的化學儀器。因他的發明,許多過去需要花很多時間金錢才能做到的實驗可以迅速且準確的得到結果。他的儀器廣泛的應用在化學,生物,醫學,和污染防治上。他協助加州政府制定了一系列防止空氣污染的措施。他的公司非常成功,賺了很多錢。


當 Shockley 找到 Beckman,Beckman 很快就認識到電晶體的重要性,在他開發的儀器中正需要這種東西來取代笨重的真空管。作為一名化學家,他對半導體自然非常了解,製作電晶體所需的技術,對他而言不過就是一些化學製程。Beckman 很快就與 Shockley 達成協議,由 Beckman 出資在 Beckman instruments 旗下成立一子公司 Shockley semiconductor laboratories。本來 Beckman 打算把它放在南加州靠近自己的公司,但 Shockley 希望放在北加州以使他方便照應年邁的母親,最後就在史丹福大學附近的 Palo Alto成立了這家公司,它是北加州舊金山灣區的第一家半導體公司,矽谷由此誕生。


Shockley成立公司後,就開始組建他的團隊。或許是從 Beckman 得到的靈感,要製作一個電晶體,需要一個學化學的來開發製程。於是他就找了剛從 Caltech 獲得化學博士的 Gordon Moore. 可是 Moore 只做了一年多就辭職不幹了,原因是 Shockley 領導的方式有問題,Shockley 自視甚高,一意孤行,他在 1956年因發明電晶體獲得諾貝爾獎,在這時正是躊躇滿志,怎麼會理幾個年輕工程師的抱怨,Moore 和幾個同事去找 Beckman 要求撤換 Shockley。Beckman  選擇站在 Shockley這一邊,Moore 和另外七個同事就憤而辭職了。


Moore (seated far left) and cowoukers celebrating Shokley's winning of the 1965 Nobel prize.

這八個年輕人找到了 Fairchild,另起爐灶成立了 Fairchild semiconductor corporation。這個新公司很快的把 Shockley原來的公司拋在後面,他們生產的電晶體很快的就獲得成功。而 Shockley 在這幾個年輕人離開後一蹶不振,幾年後就關門了。Fairchild 業務蒸蒸日上,後來又開始在矽晶圓上製作積體電路,Moore 作為研發部主管,晶圓上集成的電晶體數目越來越多。1965年有一個雜誌請他預測未來晶圓的發展,Moore 根據已有的數據大膽的預測,未來在單顆晶片上電晶體數目將隨著時間每年倍增。這就是著名的摩爾定律。他的預言果然成真,一直到今天,積體電路的發展都還是依循著這個定律而進行。


Moore 和他的同事 Noyce 在 1968年離開 Fairchild 成立 Intel。從此矽晶圓的時代終於來臨,矽谷的發展一飛衝天。在 Moore 和 Noyce領導下 Intel 成為世界矽晶片製造的龍頭,把矽谷打造成世界電子產業的中心。


如果今天的半導體產業像一條在大海中乘風破浪的船, Beckman, Shockley 和 Moore 對這艘船的供獻各有不同,Shockley 是這艘船的設計師,他認為這條船可以帶他航向大海,Beckman 是出資幫助他實現夢想的人,他對Shockley 的設計深具信心,相信可以讓他航向未知的新大陸。這艘船在 Beckman 的幫助下順利完成下海。可是 Shockley 對航海沒有經驗,船在大海中失去了方向,船員們對他失去了信心,直到 Moore 出來掌舵,船才順利的在大海中前行。


在這三個人中最聰明最具創造力,對學術最有供獻的非 Shockley 莫屬。也只有他對電晶體最瞭解。Beckman 是一個發明家和企業家,他看出電晶體的潛力,他也讓 Shockley知道,要讓電晶體成功不能只靠學物理的,而需要各式各樣的人才,所以才有學化學出身的 Moore的加入。Moore 在學術上比不 Shockley 和 Beckman, 但憑著他的化學知識,他開發了許多半導體的製程技術。他讓半導體元件集成化,帶領半導體產業革命性的改變了人類的生活。


Beckman 年紀最大,Shockley 比他小10歲, Moore 比 Shockley 又小19歲,」Beckman 最長壽,活到104歲。Moore 活了 94歲,Shockley 79歲。Beckman 和 Moore 都因他們經營的企業賺了大錢,Shockley 名氣最大,但卻沒有因為他發明的電晶體而賺什麼錢。反倒是因為他在晚年對於種族問題的看法而招致罵名。


Beckman 應該是 Caltech 有史以來對學校貢獻最大的校友,校園裡有三棟建築以他為名,分別是 Beckman Auditorium, Beckman behaviarol biology laboratories 和 Beckman institute。學校的禮堂,Beckman Auditorium, 建於60年前,是校園裡最美麗的建築,到今天看起來仍像新的一樣。Beckman 自1953年起做 Caltech 校董。1964-1974 又出任校董會主席。


Beautiful Beckman auditorium



Gordon Moore 是三人中最有錢的,他對Caltech 的捐款高達六億美金,是 Caltech 有史以來最大的捐款。 他自 1983年起任 Caltech 校董,1993-2000年是校董會主席。Moore 的成功在於他的領導力和遠見。就這三個人比,他的學術地位不如另外兩位,但他是讓矽谷這塊金字招牌發光發熱的人。


Shockley最可惜,在科學上他是天才,但他不是一個容易與人相處的人,或許就是他自信心害了他。俗話說天才總是孤獨的,或許他根本就不應該走入產業界。如果他選擇留在學術界,我相信會和 Bardeen 一樣成為一位偉大的科學家。


「時勢造英雄」還是「英雄造時勢」。Shockley 無疑是創造時勢的英雄,但他沒有利用時勢去創造屬於他的時代。Moore 顯然是時勢所創造的英雄,他不是學物理也不是學電機的,踏入半導體領域時才剛拿到化學博士,對半導體元件一無所知。但他把握住了機會,在Shockley拿到諾貝爾獎的第二年選擇離開另起爐灶,1968年又成立 Intel, 開啟了電腦晶片的新紀元。


半導體產業與許多其他產業不同,他需要許多各種不同領域的人共同努力,晶片設計需要學電機的,製程技術需要學化學和材料的,元件開發需要學物理的,儀器設備需要學機械的。這和 Beckman 的儀器公司完全不同,Beckman 基本上靠一己之力建立他的公司,他是公司的靈魂。半導體產業需要的是一個能整合各路人馬,和看清產業趨勢的領袖。Moore不僅是時勢創造的英雄,更是一個帶領新時代的英雄。


時代在改變,台灣也把握住了機會,創造了屬於自己的半導體王國。台積電在短短的三十幾年間,已經取代Intel成為世界最大的半導體公司。張忠謀和當年的 Moore一樣成了英雄。台積電的成功絕非靠他一人之力,但他把握住了機會,開啟了晶圓代工的時代。


台灣有許多人在這個浪潮裡功成名就。他們都是這個時代及環境所造成的英雄。台灣給他們提供了一塊沃土,有充足及廉價的人力支援,有優秀的技術人員,有政府提供的各項優惠,還有學術界的大力配合。我希望這些大老闆們在賺得盆滿鉢滿的時候能飲水思源,也能效法 Moore 和 Beckman 把從社會賺來的錢回饋給社會,回饋給那些讓他們能有機會成功的地方。