引言

在非工程师眼里，现代计算简直像超自然现象。用科幻作家 Arthur C. Clarke 的话说：「任何足够先进的技术，都与魔法无异。」

那么，人类究竟是如何想出办法，把你在日常徒步时随手可见的石头，变成强大的机器，足以彻底改变我们工作、交流和生活的方式的？

从 1960 年代高耸的大型机，到今天驱动整个社会运转的强大微型计算机，人类处理、存储和操纵数据的能力，正以惊人的速度突飞猛进。1965 年，著名技术专家、Intel 创始人 Gordon Moore 提出了后来被称为摩尔定律（Moore's Law）的预测：一块给定芯片所能容纳的晶体管（transistor）数量、以及由此带来的计算能力，每两年翻一番。从 1947 年 William Shockley、John Bardeen 和 Walter Brattain 在贝尔实验室（Bell Labs）研制出第一只巴掌大小的晶体管，到今天正在研发的 3 纳米（即十亿分之一米）晶体管，工程界的领军者们不断印证着摩尔的预言，大约每 18 个月就把我们能塞进一块芯片的元件数量翻一番（Yellin, 2019）（Moore, 1965）。

计算能力的这种指数级增长，催生了许多人所说的数字革命（Digital Revolution），也造就了我们今天所享有、所依赖的丰富技术。从手机到人工智能，半导体技术让无数行业和创新得以爆发式涌现。

半导体行业本身就规模庞大：2020 年营收约 4400 亿美元，2021 年达到 5590 亿美元，预计到 2022 年底将增长到 6000 亿美元以上（SIA Factbook, 2021）。仅在美国，半导体行业就直接雇佣了 25 万人，外加估计约 100 万个间接就业岗位（SIA, 2021）。行业领袖和政界人士正试图把这些数字进一步推高，为美国带来更多半导体岗位。半导体是美国仅次于石油和飞机的第三大出口产品，在 GDP 中占据了超乎寻常的比重（Platzer, Sargent, & Sutter, 2020）。没有半导体，我们今天用来定义现代生活的一切都将不复存在——没有手机、没有电脑、没有微波炉、没有电子游戏——我相信，凡是在疫情期间试过买车的人，都明白半导体不够用意味着什么。一句话，半导体非同小可。

那么，了解一下它们，岂不是个好主意？

不难理解，为什么那些生计依赖半导体的人会想读这本书。但即便是与这个行业毫无瓜葛的人，弄懂半导体是什么、它们如何制造、未来将走向何方、以及为什么它们对我们的日常生活如此重要，也会是一段值得的体验。理想情况下，它会为这个常常显得复杂又令人望而生畏的题目，照进一束理解之光。它会帮你把它与其他技术领域联系起来，给你一套可以慢慢精通的实用技术词汇。说不定在下一次晚宴上，你还能让朋友们刮目相看。

而且，如果这些理由还不够，那么读《理解半导体》，鼓起勇气冲进这片陌生的技术混战、决心带着对周遭世界的新洞见走出来，或许还会让你感到几分自豪。