上一篇说到，晶体管能做开关，也能和其他元件组成逻辑门。问题是：如果把很多晶体管分开制造，再一只只焊到电路板上，连接它们的线仍然会占地方，也可能松动或接错。零件本身缩小了，整台机器却不一定能跟着缩小。

零件越来越多，手工连接越来越难

早期电路板像一张拥挤的桌子：晶体管、二极管、电阻、电容各有自己的位置，细金属线把它们连成规定的路线。每多一个元件，常常还要增加几处连接。连接点一多，制造、检查和维修的工作就跟着增加。

线也不是没有代价。线路绕得很远会占空间；高频信号经过过长的连接，可能受到寄生电容和电感等影响。初学者可以先记住：电线不是理想的、没有影响的抽象线条。电路复杂到一定程度，怎样把它们连起来本身就成了大问题。

工程师把这种随着元件数目增长、组装困难快速加重的困境叫作‘数字的暴政’（tyranny of numbers）。不是说数学数字很可怕，而是说元件和连接点的数量一多，靠人手逐个装配就越来越不现实。

1958 年，基尔比把想法做成了振荡器

杰克·基尔比（Jack Kilby）1958 年进入德州仪器工作。当时不少同事休假，他因为刚到公司没有同样的假期，留在实验室继续思考怎样缩小电路。他想到：既然晶体管、电阻等元件都能利用半导体材料的性质做出来，能不能把电路里需要的部分放到同一块材料上？

基尔比不是只画下一张漂亮草图。他做出了一种用锗构成的电路，包含振荡所需的元件，并用细金属线连接。1958 年 8 月 28 日他演示过由分立元件搭成的电路原型；真正集成结构的振荡器则在 9 月 12 日运行起来，频率约为 1.3 MHz。把这两个日期分开记，才不会把原型演示误说成第一块集成电路已经工作。

基尔比证明了一个重要想法：电路的许多功能元件可以来自同一块半导体材料，而不必先把每个零件都独立做成小零件再装到电路板上。最初的样品非常粗糙，连接方式也不适合直接做成今天那样复杂的芯片，但它确实工作了。

诺伊斯接着解决‘怎样把它们连起来’

差不多半年后，仙童半导体的罗伯特·诺伊斯（Robert Noyce）独立提出了另一条路线。理解他的贡献，要先认识让硅晶片表面覆盖一层氧化物的平面工艺。氧化层像一层保护皮；在需要的位置打开小窗口，制造人员可以让不同区域形成器件，再用金属薄膜画出互相连接的线路。

诺伊斯的关键想法，是把元件做在同一片硅上，再在表面形成金属连接线。线路可以跨过氧化层上方，把各个部分接起来，同时避免到处飞着的细金属线。这样一来，制作步骤能够重复，许多相同电路可以在一片晶圆上同时形成，才有机会稳定地批量生产。

基尔比和诺伊斯不必被写成‘只能选一个的发明者’。基尔比率先做成能工作的集成电路原型，证明了把电路集成到一起的方向；诺伊斯的金属互连和硅平面工艺组合，提供了更适于制造完整单片电路的路线。还有 Jean Hoerni 的平面工艺、Kurt Lehovec 的器件隔离等贡献，共同铺出了后来芯片制造的道路。

从‘做在一起’到‘可以大量复制’

‘集成’不只是把元件摆得紧凑。它还意味着尽量在同一块半导体上形成元件和连接，让制造流程重复执行。晶圆上可以有很多个相同电路；完成后再切成一颗颗芯片，逐颗检查。失败的芯片可以被淘汰，合格芯片则进入封装和后续设备。

早期集成电路仍然昂贵，功能也很有限；当时的芯片远没有今天手机处理器那么复杂。可一旦制造方法能够重复改进，元件密度、速度和成本就有了长期进步的基础。下一篇，我们沿着平面工艺继续往前，看看第一批芯片怎样从实验样品变成产品，并且为什么航天与军事需求成为早期市场的一部分。