培养设计创新人才发展设计业是建设IT强国之路_北京大学.ppt

Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,*,*,*,培养设计创新人才,发展设计业,是建设,IT,强国之路,王阳元,1,引言,设计业具有最大的市场和创新空间,创新是民族之魂,创新人才的培养,2,中华民族正处于一个伟大的历史时代,从发展中国家,中等发达国家,1840年,2040年二百年间中华民族优秀儿女及其先驱者奋斗和梦求的目标,I.,引言,3,China,14世纪以前，中国曾是世界经济强国,4,1700 1820 1900 1950 2001 2015,GDP(,十亿国际元,*,1990),中国,83 229 218 240,4570,11463,美国,0.5 13 312 1456,7966,11426,世界,371 696 1973 5326 37148 57947,中国/世界,(%)22,33,11 5 12 20,人均,GDP(,国际元,1990),中国,600 600 545 439 3583,8265,美国,527 1257 4091 9561 27948,35420,世界,615 668 1262 2110 6041,7154,中国/世界,(%)0.98 0.90 0.43 0.21,0.59,1.16,来源,:,The World Economy:A Millennial Perspective.Angus,Maddison,著,1700-2015年中美在经济中的地位比较,*,国际元：又称,GK,元，在平均价格比较中考虑了多边购买力而得到的一种统一的货币单位。,5,14,世纪，西欧人均,GDP,超过了中国。18世纪以来，西欧经济，尤其是英国，大踏步发展，成为世界领先的经济强国。而中国却停滞不前，步履蹒跚。,West Europe,6,400,500,600,700,800,900,1000,1100,1200,1300,1400,1500,1600,1700,1800,1900,2000,450,1000,2000,5000,10000,20000,West Europe,China,中国与西欧人均,GDP,对比,(400 1998).,国际元,来源,:,The World Economy:A Millennial Perspective.Angus,Maddison,著,7,U.S.A,1905,年，美国人均,GDP,超过英国，并在19世纪末成为全球头号经济强国。,8,1820 1850 1870 1880 1890 1900 1905 1910 1920,6000,5000,4000,3000,2000,1000,0,美国,英国,美国和英国人均,GDP,比较,(,国际元,),来源,:,The World Economy:A Millennial Perspective.Angus,Maddison,著,9,Japan&Korea,日本也在20世纪中叶崛起，韩国于20世纪后半叶成为一个新兴国家。,10,1950 1960 1970 1980 1990 2000,100000,10000,1000,100,Japan,China,中国与日本人均,GDP,对比,(1950 1999).,(,国际元,),来源,:,The World Economy:A Millennial Perspective.Angus,Maddison,著,11,China,目前中国经济进入高速发展阶段，将于21世纪中叶崛起成为一个新兴的经济强国。,12,西藏640,青海700,新疆960,云南590,陕西610,甘肃500,山西660,湖北940,湖南730,江苏1560,天津2400,上海4500,浦东新区7000,北京3060,辽宁1460,吉林920,黑龙江1130,福建1500,广东1640,深圳4900,浙江1750,2001年我国人均,GDP,的大致分布,(单位：美元),Source:,国家统计局2001年年度统计报告,13,西藏830,青海879,新疆1171,云南682,陕西783,甘肃602,山西894,湖北1086,湖南840,江苏2029,天津3126,上海5628,北京3819,辽宁1723,吉林1127,黑龙江1404,福建1813,广东2043,浙江2384,2003年我国人均,GDP,的大致分布,(单位：美元),Source:,国家统计局2003年年度统计报告,14,尽管中国总,GDP,在世界上排名第6，然而人均,GDP,却在100名以后。,中国现代化水平世界排名第60位。（中国现代化报告2004）,2020年，中国,GDP,将达到40,000亿美元，人均,GDP3,000,美元。,2040/2050,年，中国,GDP,将超过80,000亿美元，人均,GDP,可能达到10,000美元。,新兴国家的标志,15,然而，传统的经济发展模式是以资源的损耗为代价的。,整个20世纪，全球消耗1420亿吨石油，2650亿吨煤炭，380亿吨铁。占有世界15,%,人口,的,发达国家消耗了56%的石油，60%以上的天然气和50%以上的重要矿产资源。,中国的单位,GDP,石油消耗是美国的.3倍，是日本的倍多。,从1990年到2001年，中国石油消耗量翻倍，天然气增长92%，钢铁增长143%，铜189%，有色金属276%。中国拥有世界21%的人口，然而石油储量只占世界1.8%，天然气仅占0.7%，国内资源正在迅速耗尽。,2010,年，中国石油和铁矿石需求量的57%将依赖进口。,中国的单位,GDP,石油消耗是美国的.3倍，是日本的倍多。,16,目前中国有荒漠化土地2,674,000平方公里，占总国土面积的27.9%。600多个城市中有400多个缺水，其中100多个严重缺水。,如果没有技术上的重大突破，人与自然，人与人、之间的矛盾将迅速激化。,环境时报，2004年2月6日，作者潘岳，中国环境保护局副局长,。,17,绿色技术，,寻求人与自然，人与人之间的双向和谐。,如信息技术，生物技术，新能源，新材料,信息技术,节约生产要素耗损，提高效率,利用与再生,资源,18,信息是客观事物状态和运动特征的一种普遍形式。,自然界和人类社会的一切活动都在产生信息。信息与材料、能源、基因一起是人类社会的主要资源。但利用仅仅是开始。,信息技术是21世纪经济发展的驱动器,19,信息与材料和能源不同的特征：,*广泛性，存在于任何事物包括自然界、人类社会各个方面。,*不间断性，事物运动存在，信息就在不断产生与发展，因此，对于信息的研究是一个永恒的主题。,*可反复利用和复制，不会耗损。,*可与载体分离而广泛、远距离传播。,*可介入到各种载体中从而达到高效、智能和增值，即,“,倍增器,”,。,20,信息技术的领域,信息安全,信息管理,基础：软件、微（纳）电子与光电子,关键技术：微（纳）电子与光电子、软件、计算机和通信,信息获取,信息处理,信息传输、交换,信息存储,信息的随动执行和应用,21,信息技术领域每一方面突破都将对社会生产力发展有重大促进作用。事实上晶体管的发明、集成电路的发明、异质结的发明、光纤的发明和,Internet（69,年美国国防,DARPANet）,诞生都导致了,IT,技术的飞跃，使社会生产力发生跨越式发展。前面三项都获得了诺贝尔奖。,1947年12月,Schockley,等三人,发明晶体管，1956年,获得诺贝尔奖,1958年,Kilby,发明第一块集成电路，2000年获诺贝尔物理学奖,22,信息技术的发展正在迎来人类生产方式、生活方式的重大变革。人类正在进入信息社会。,硅石时代,Source:S.M.SZE,23,21世纪，要求移动处理信息，随时随地获取信息、处理信息成为把握先机而制胜的武器。,21世纪信息技术发展特点,24,数字化,网络化,多媒体化,3,G（10,9,）,3T（,10,12,）,*,存储容量由,G,位,T,位,*数据传输速率由,G bit/s,T bit/s,*,高频响应由,GHz,THz,25,0%,10%,20%,30%,40%,50%,60%,70%,100%,移动电话,程控交换机,彩电,微机,（个人电脑）,显示器,80%,90%,万件,2003,产量,2003,销售额,产量增长,销售增长,销售规模世界第一的领域,来源:中国电子报2004年2月6日,生产要素和产业持续向中国大陆转移。中国正在成为一个世界性的信息产品制造业基地。,26,2003年，电话用户增长1.12亿，相当于法国和德国的人口总和。2003年底，中国已经有5.32亿电话用户。,中国拥有世界最多的移动电话用户（约2亿）2004年，这个数字还将增长6000万，达到中国总人口的25%，然而，发展空间仍然是巨大的。,27,计算机,(33.6%),通讯设施,(19.5%),分立器件与,IC(22.9%),家用视听产品,(15%),其它,(9%),电子产品分类,来源:中国电子报2004年2月6日,28,60%,50%,40%,30%,20%,10%,0,6.81,22.32,34.65,17.79,41.56,54.38,信息产品出口增长,亿美元,中国出口,电子信息产业出口,中国出口增长,电子信息产业出口增长,来源:中国电子报2004年2月6日,29,胡锦涛主席：“中国已经形成了一个4100亿美元以上的巨大进口市场。,“,外资合同总额增长了36.7%”,-,中,国经济景气监测中心。,中国已累计吸收外资6796亿美元。2003年吸收外资为471.54亿美元，2004年预计将超过700亿美元。,30,引言,设计业具有最大的市场和创新空间,创新是民族之魂,创新人才的培养,31,设计业最具有创新和市场空间。,32,面临的问题与机遇,IT,产业从加工业向集成系统制造业转化,集成电路因应用于整机,/,系统而获得使用价值，整机系统因集成电路升级而换代。,传统制造业的信息化程度的提高,经济从生产要素型向创新型转化,。,关键是抓好设计业的发展，设计业具有巨大的市场和创新空间,是整个,IT,产业的核心竞争力。,33,设计是真正的绿色产业,耗电：,PC，,工作站，服务器。,水与其他损耗：完全以人为中心,投入：设计业,封装与测试,芯片制造，,每一领域都相差一个量级。,产出：直接产出,10-30,万美元,/人,年，,提升整个,IT,产业，是核心竞争力的体现,$1-3,*10,9,$1-3,*10,8,$1-3,*10,7,34,0,6000,12000,18000,24000,30000,2001,2002,2003,企业数量,产值,(,千万元,),员工数量,IC,设计业,(,千万元,),企业数量,近三年，销售额年增长约,50%。,35,IC,设计业,FSA:,2003,年全球,IC,设计业产值242亿美元,增长16.2%,美国占78%，我国台湾地区占18%，我国大陆地区占仅2.4%,有21%的,IC,设计业市值超过10亿美元,36,U.S.,500+Fabless,Taiwan,200+,Europe,100+,China,200+,市占率,60%,40%,20%,兴起时期,2000,1990,全球,IC,设计业概况,Innovation,Leading edge,CDMA,FPGA,Graphics,Communication,Fast Followers,Cost Reduction,PC,Consumer,Innovation,IP,Communication,Domestic Demand Oriented,Consumer,37,北京,上海,无锡,杭州,深圳,西安,成都,全国共有,7个,IC,产业化基地,设计业已经有典型产品出现：,嵌入式,CPU:,方舟,龙芯,.,GPU:,中星微,(,世界市场份额,40%),IC,卡:,华大,清华同方,大唐等,.,国内市场,10,亿件,38,人才培养,:,北大，清华，复旦大学，浙江大学，西安交通大学，上海交通大学，华中科技大，成都电子科技大，西安电子科技大,华南理工大学,哈尔滨工业大学,西北工业大学,上海同济大学,北京航空航天大学,东南大学。,15个,IC,人才培养基地,Peking University,39,中国,世界,um,1999,2001,2003,2005,2007,2011,技术,:,特征尺寸研究水平,40,年份,(年),1999,2001,2003,2005,2008,2011,世界,(,微米,),0.18,0.15,0.13,0.1,(0.09),0.07,(0.065),0.05,(0.045),中国,(,微米,),0.25,0.25/,0.18,0.15/,0.13,0.10/,0.07,0.05,(0.045),中国集成电路发展的,Roadmap,41,系统应用与芯片设计将更紧密的结合,IP,模型日显重要,要努力使系统设计工程师与芯片设计工程师之间的,Gap,逐步消失。,系统与应用,芯片设计,HW&SW,Codesign,系统集成芯片,(,SOC),42,L-E,P&R,Synth,SoC,58%,20%,设计技术发展跟不上应用发展和加工技术的发展，呼唤,IP,模块。,43,IP developing,IP searching,IP integration,IC Design,(IP reuse),IP,From:,严晓浪（略有修改）,44,整机系统公司,大学科研与开发单位教育与技术支持,IC,设计（测试）,与人才培养公共服务体系,IC,设计软、硬件设施,IC,测试软、硬件设施,建立,MPW,服务中心,设计人才培养,设计人才培养,整机系统公司,市场需求,设计公司,设计公司,45,发展设计业的几点建议,1.吸引整机系统人员参与，对在整机企业中从事,IC,开发的给予特殊鼓励。这一方面是与应用、市场结合，另一方面解决,System/IC design,之间的,Gap。,2.,设计业已步入,IP,模块的年代。,IP,开发、搜索、集成与服务是当前设计业发展的瓶颈，应特别支持以,IP,开发、搜索、集成与服务为目的的公司或实体。,IP,技术,软,IP（,行为描述）,固,IP（,门级,描述）,硬,IP(,版图级描述：通用模块,),CMOS DRAM,D/A,A/D,亚微米电路的优化，基于新的模拟结果，优化了速度和能耗,设计允许最大的误差容量,其中，硬,IP,是最重要的，也是最可贵的。,46,FOUNDRY,整机,/,系统用户,整机,/,系统用户,整机,/,系统用户,整机,/,系统用户,Fabless Co.,Fabless Co.,3.与之联系的是加强与,Foundry,结合，建立可流通的单元库与,IP,库。,47,引言,设计业具有最大的市场和创新空间,创新是民族之魂,“,创新人才的培养”,48,III.,创新是民族之魂,纵观人类社会发展的文明史，一切生产方式的重大变革都是由于新的科学发明和新技术的产生而引发的，科学技术作为革命的力量，推动着社会向前发展。史前的摩擦生火、驯养动物、栽培植物等科学发现和技术革命，使生产工具从石器发展到铁器，导致农业、畜牧业的发展。可以认为是农业社会中科学技术对生产力发展影响的最好例子。,49,1760,s,1840,s,1774，,瓦特发明蒸汽机，触发第一次产业革命,伽,利,略,自,由,落,体,定,律,开,普,勒,行,星,运,动,三,大,定,律,牛,顿,力,学,体,系,纺,织,机,改,革,动,力,需,求,50,1870,s,1920,s,1866，,西门子制成实用发电机，1875年用于工业.第二次产业革命.,1820,奥,斯,特,电,磁,现,象,1831,法,拉,第,电,磁,感,应,定,律,1846,麦,克,斯,韦,电,磁,波,理,论,理论,准备,成熟,51,现代物理学的一系列发现揭示了微观世界物理的基本规律，使海森堡薛定锷形成了量子力学的体系。三十年代建立的现代物理学成为现代电子信息技术革命的理论基础。,1895,伦琴,X,射线,1896,贝克勒尔,放射性,1897,汤姆逊,发现电子,1898,居里夫妇,镭的发明,1900,普朗克,量子论建立,1905,1915,爱因斯坦,狭义相对论，,广义相对论,现代电子,信息技术,革命,52,历史的发展总是不平衡的，没有一个国家或民族可以永远居于首列，在新的技术革命孕育的时期，既是一个挑战，又是一个历史的机遇。某些国家，如果抓住了机遇，充任利用科学技术 这一,“,第一生产力,”,，采取正确的战略，就有可能后来居上，这样的事例很多。如果说英国曾是第一次产业革命的发源地，那么十九世纪下半叶的德国，虽然工业化比英国晚一个半世纪，但抓住钢铁工业和重化学工业，异军突起，进入世界发达国家的前列。美国则可以认为是抓住了电子工业的发展，从而在二十世纪保持了领先地位。,所以说，创新是民族之魂。,53,A wide-angle view of Microelectronics Industry in 21st century,54,1930,s QMT,EBT,小型化,50,s,Transistor,IC,(Chemist played,important role),低功耗,高集成度,高速,21,st,century,nanometer science,30s nanoelectronics,(Chemist maybe still play important role?),in solid state,55,21,世纪微（纳）电子学将面临新的突破,基础物理的突破,量子力学与固体能带论,1947-1948年,点接触和面结型晶体管的发明,1958,年，集成电路的发明与平面工艺发展,1960,年，,MOS,晶体管的发明,1963,年，,CMOS,晶体管的发明与发展,D.,Kahang,&M.M.,Atalla,Wamlass,&C.T.,Sah,1967年,单晶体,DRAM,发明,R.H.,Dennard,1967年,NVSM,D.,Kahang,&S.M.Sze,1971年,CPU,发明,M.E./Hoff,etal,.,硅,基,C,M,O,S,MEMS(NEMS),Magnetic electronics,Optical electronics,Biochips,更广义的,SOC,SOC,基于硅的,CMOS,技术,与多应用领域相结合,Scaling down(,Nanoelectronics,),QED,Bottom up,非经典,CMOS,双栅、垂直栅,SOI&SON,等,单电子晶体管，,隧道共振晶体管等,碳纳米管、原子,/,分子自组装技术等,56,引言,设计业具有最大的市场和创新空间,创新是民族之魂,创新人才的培养,57,新的要求,传道，授业，“启”惑,必然性寄寓于偶然性之中,创新人才的培养,58,我国面临的国际和国内形势，要求我们实现超越式发展，科技创新和对创新人才的培养自然成为我们面临的重大的历史任务。,59,我们对从事原始创新人才，要求：,具有高的综合素质和扎实的基础,善于掌握客观需求，提出问题；,3.能针对提出的问题设计解决的方案，包括包括理论上的和/或实验上的方案；,4.能团结群众一起工作，也即,team work,精神。因为当今科技已不是十八世纪时个人奋斗可以解决问题的时代，绝大多数科学工作需要有一批多学科结合的不同层次的科技人员共同攻关才可以完成。,60,这对大学的教育和科学研究工作也提出了新的改革要求,在注意扎实的基础知识学习的同时，要强调：,1.强调有较宽的基础和学科的交叉，包括文理的交叉。融汇古今，学贯中西。,基础与,专业基础,课,（例如,能带论）,人文、社会科学,创新成果,自然科学,（数、理、化、生、地）,交叉科学 前沿科学,创新成果,课程体系,61,2.多举行讨论班，即“,seminar”.,有三个目的，一是拓宽知识面，掌握新的科技发展的动向；二是学习科学研究的方法；三则是启发产生新的思维，即,“,idea”。,新的思维往往是,”,撞击,“,的结果，思想的,“,撞击,”,将产生创新的火花。,3.及时进入科学研究群体。研究生如果只是一般学习专业知识，那就可以早点毕业，也就是说硕士学制不一定要三年。博士学制要弹性，要延长，鼓励硕博连读。博士生要有淘汰制，没有创新思路，难以培养的要出局，要使教师/学生们都习惯这一点。,4.要有正确的科学思维。,正确的思维方法是打开创新宝库的钥匙。进行系统研究，整体把握研究对象的一般性质，而不是对事物某个局部认识的修修补补，不是零敲碎打地解决问题，需要整体地深入研究其物理本质。克服心理定势的消极作用，当采用现有知识及一些形式化规则无法解决问题时，应该打破原有的思维模式，大胆提出各种设想，充分发挥人的创造力。跨学科，跨方向地积累知识，提高科学敏感性。最后，合理的实验设计与分析也是实现创新的重要环节。,62,“,传道、授业、启惑,”,大学的本质是什么？,大学就是在有造诣、有经验的教授指导下，一批批学子从事学习和创新的过程。,基本任务就是二条：,（1）给学生以扎实的、相对宽广的基本知识，使学生们具有较高的综合素质；,（2）培养学生从事科学研究、分析问题和解决问题的能力，以适应原始创新的需要。,63,传道、授业、,解,惑,传道、授业、,启,惑,其次，传统教育讲教师的责任是,“,传道、授业、解惑,”,，我看应该改为,“,传道、授业、启惑,”,。教师不可能什么都知道，学生的问题也不可能什么都能回答出来，问题是要启发学生能多思考多提出问题。这与系统掌握基础知识并不矛盾，因为只有多思考，多提出问题才能真正牢固地掌握基础知识。,64,培养提出问题的能力,爱因斯坦：,“,提出一个问题往往比解决一个问题更为重要，提出新的问题，需要有创造性的想象力，这标志着科学的真正进步。,”,65,科学研究是一个解题的过程，一个科学家的真正的科学生涯都要从提出问题开始，牛顿就是一个典型的事例（张九庆，科学时报，2002年8月11日）,牛顿上剑桥大学后最早买的东西是笔记本，以便供他随时记录下读书心得。对他一生影响较大的著作有笛卡尔的几何学、查尔顿的生理学、伽利略的对话和胡克的显微学等等。他把读书心得总命名为,“,哲学问题表,”,。,“,哲学问题表,”,包含45个小标题，涉及到物质特性、时间和运动、宇宙的次序以及感官特征等多方面的内容。从这些问题之中选择有深度的问题，主要集中在数学、力学和光学领域，进行求解引导着牛顿在科学的道路上跋涉。从读过的笛卡尔的几何学他选出了两个中心问题，即给曲线画切线和求曲线下的面积，这就是我们现在所知道的微分和积分问题。,牛顿需要解决的另一类问题来自于别人的提问或者与胡克等科学家之间的科学争论。在与胡克的争论中，牛顿形成了著名的光学的,“,31个问题,”,，这些问题概括了16641665年间引起牛顿注意的所有重要现象；在求解哈雷提出描写太阳的行星运动轨迹问题时，牛顿写出了论轨道物体的运动的论文，证明了行星的椭圆轨道问题，并同时证明了开普勒第二、第三定律。牛顿把所有问题综合起来给出答案，完成了划时代杰作自然哲学的数学原理一书。这部书的出版被称为近代科学史上继哥白尼的天文学革命之后的又一次科学革命。,66,一个世纪以前（1900年），,David Hilbert,在巴黎召开的第二届国际数学大会上的报告中提出了著名的二十三个数学问题，在很大程度上驱动了二十世纪数学研究的潮流。,我国著名数学家陈景润就是因为在解决第八个问题（素数问题，包括黎曼猜想、哥德巴赫猜想等）中的哥得巴赫猜想取得巨大进展而闻名于世。,67,注意教学基地的建设。,给学生一个创新和实际动手的教学基地。,例如美国的,MOSIS（MOS Implementation System),国家微电子大生产技术研究开发中心,（国家和企业共同投入）,大学和研究所,I,大学和研究所,II,大学和研究所,III,集成电路生产企业,I,集成电路生产企业,II,集成电路生产企业,III,集成电路生产企业,IV,上游,下游,68,书要读而且要系统地读一些书。在我刚毕业的时候，黄昆教授要求我系统地读几本书，这对扎实掌握基础知识十分重要，不是,“,零敲碎打,”,。,但是，,“,书不是读得越多越好，而要能驾驭就好。,”,黄昆,说的是掌握自己的能动性，,“,驾驭,”,就是主动。,69,科学技术能不断发展，人类社会能不断发展，就是因为总是,“,青出于兰，而胜于兰,”,，这是规律。,70,“,必然性寄寓于偶然性之中,”,科学需要幻想，但科技创新并不是凭空掉下来的。必然性寄寓于偶然性之中，必然性是通过偶然性实现的。,创新是在针对客观需要开展的系统研究工作中产生的。,信息科学技术发展的两个原始创新的例子：,晶体管的发明;,集成电路的发明。,71,晶体管的发明,二战结束时，诸多半导体方面的研究成果为晶体管的发明作好了,理论及实践,上的准备。,1946年1月，依据战略发展思想，,Bell,实验室成立了固体物理研究组及冶金组，开展固体物理方面的研究工作。,在系统的研究过程中，肖克莱根据肖特基的整流理论，预言通过,“,场效应,”,原理，可以实现放大器，然而实验结果与理论预言相差很多。经过周密的分析，巴丁提出,表面态理论,，开辟了新的研究思路，兼之对电子运动规律的不断探索，经过多次实验，于1947年12月实验观测到点接触型晶体管放大现象。第二年1月肖克莱提出结型晶体管理论，并于1952年制备出结型锗晶体管，从此拉开了人类社会步入电子时代的序幕。,72,晶体管的发明,肖克莱在回顾晶体管发明过程的文章中谈到对晶体管发明究竟是由实际追求具体器件导致的结果还是基础研究的副产品这个问题，不能简单地用,“,是,”,还是,“,不是,”,来回答。,在晶体管发明的实际过程中，需求牵引与科学推动是交织融合在一起的。,Bell,实验室在组织该课题时是基于提高检波器稳定性这一背景需求的，但在选择研究目标是并不完全从追求解决实际技术出发，而是决定对固体物理学进行系统研究。当然也考虑到这一领域的突破将会对通讯技术的发展起到重要作用。,73,晶体管的发明,基础研究成果一旦与某种社会需求相结合，就能实现,“,基础创新,”,，为技术发展提供理论基础和实践方向，成为整个创新流的源泉。,例如晶体管发明作为,“,基础创新,”,的成果，导致一系列平面工艺的创新与实现，继而发明了集成电路，形成今天信息技术和产业赖以发展的强大基石。,当今社会经济发展形态表明：知识经济初露端倪。可以说谁拥有了,“,基础创新,”,，谁就掌握了主动权。这也可以说是发展中国家实行超越战略、赶超世界先进水平的,“,捷径,”,。,74,集成电路的发明,早在二次大战期间和此后的朝鲜战争时期，军事上对电子装备的小型化及其可靠性提出了迫切的需求。当时一架,B-29,轰炸机要求上千个真空管和几万个无源元件。它的成本、体积和可靠性成为一个电子系统发展的制约因素。这就使众多部门例如美国国家标准局（,NBS）,以及美国空军和海军都支持电子装备小型化的研究与开发工作。,J.S.Kilby,在,Centralab,承担小型化的任务。随着1948年晶体管的发明,微型模块(,Micro-Module),发展起来。,关于集成电路的概念的最早描述，应该说是由英国皇家信号和雷达机构(,Royal Signal&Radar Establishment),的,G.W.A.Dummer,于1952年5月在电子元器件会议上提出的，但是在英国没有能予以实现。,75,集成电路的发明,1958年，,J.Kilby,在对小型化,IF,放大器的仔细分析、特别是进行了成本分析后，他认为用传统的微型化模型的工作方式是解决不了问题的。解决问题的出路在于全半导体化 一个新的方法。,因此他试图将电阻、电容等无源元件和有源元件都做在同一块半导体材料上。进一步分析认为有可能将这些元件同时“在位”制备在一起，并用互连形成电路。,这时，,Kilby,实际上已完成了集成电路的创新思维过程。他很快就画出了关于触发器(,flip-flop),的构思，用硅的体电阻做电阻器，用,P-N,结形成电容器（1959年7月24日的实验室笔记）。,76,集成电路的发明,Kilby,在1958年7月24日的实验室笔记中第一次记载了如何将电阻、电容和晶体管集成在一个硅片上,77,集成电路发明的启示,集成电路早在1952年英国,Dummer,已经提出其概念，为什么它的发明不在英国而在美国呢？,Michael F.Wolff,曾经总结了下面几条：,1.,Kilby,和,Noyce,都强调广泛的半导体技术基础的重要性。1952年的英国并不存在这个基础，而美国却存在。,2.客观需求对小型化的要求，特别是军事上应用提出的迫切需求，促进了集成电路的发明。基于同一理由，军队需求成为集成电路的最早用户，促进了集成电路的工业生产。,3.集成电路发明不是偶然的事件，相反地，它是对客观存在问题的一系列解决方案研究的结果，是技术发展的客观必然。,4.,Kilby,和,Noyce,所在的两个公司,TI,和,Fairchild,公司都是年轻、成长中的公司，这里的管理者都营造了良好的有利于创新的氛围。而,Dummer,认为这正是当时的英国所缺乏的,。,78,集成电路发明的启示,Dummer,还特意强调，美国公司所以具有创新的精神，还有下列一些条件：,1.电子工程师往往用自己的资金或用风险基金创业，因而工作勤奋。,2.政府支持（政府给予合同）往往帮助他们起步。,3.国内市场的需求是一个成功的重要因素。,4.在美国，鼓励员工在公司中持股，给予员工一个激励的机制。,Dummer,认为，一个企业的成功总是有赖于一些人的创新和献身精神。,这些总结和归纳虽然发表在20多年前，但对当前的科学研究工作和科技成果的产业化仍有着深刻的指导意义。,79,集成电路发明的启示,此外，我在这里还想强调两点：,一，在针对客观需求，开展系统研究工作的时候，我们决不能亦步亦趋地沿着已有的技术路线走下去，必须立足于创新，才能有所发明、有所创造。,这在集成电路发明过程中显得十分清楚。在1958年初，在小型化的发展过程中，当时有三个方面工作，一是军队支持信号公司（,Signal Crops）,从事微型模块的工作（,Micro-module），,在已有陶瓷芯片基础上做元器件的小型化和集成；二是海军重点支持薄膜技术；三是空军支持称为“分子电子学”的集成工作。,Kilby,原来所在的公司,Centralab,继续在高介电常数的基片上用小型元器件制造低成本的,RC,电路。每年生产达到1.4亿块。,但,Kilby,没有沿着原有技术路线走，他在仔细分析现有模块的基础上认为，出路在于全半导体化，在于创造一个全新的工艺。,80,集成电路发明的启示,因此，科学研究工作者的思维方式，应当是从分析现有方法的矛盾入手，提出在本质上有创新的思路去解决需求和现实的矛盾。无论是,Kilby,还是,Noyce，,根据他们“上司”的回忆，他们都具有创新精神，充分利用已有成果，但并不拘泥于现状。这一点对我们人才培养不无意义。,81,集成电路发明的启示,二，科学研究需要团队工作，而团队工作需要多学科的联合作战。,Kilby,博士在谈到集成电路发明经验时说，50年代参加集成电路研制工作的人员，具有宽广的、不同的背景，有物理学家、电子工程师和设计师。这与今天专业化发展不同，专业化趋势是目前发展的需要，但有可能会使革新和发明变得更加困难，而多学科科学家和工程师参加，虽然需要一个互相了解工作的过程，但却会带来创新的观念和思想。这与晶体管发明过程的经验是相同的。这一点对我们基础研究工作和创新工程的组织有着重大的参考价值。,82,学习与科学研究是一个艰苦的过程，需要有艰苦奋斗的准备，需要终生的努力。,“,终生努力，便成天才。,”,-门捷列夫。,83,谢谢！,84,