廢物天才：威廉·肖克利

如果說蒸汽機(jī)是18、19世紀(jì)最偉大的發(fā)明，那么晶體管一定是20世紀(jì)最偉大的發(fā)明。

可以說你身邊的電器，內(nèi)部幾乎都有晶體管。

比如說手機(jī)、電腦等電子設(shè)備所需要的CPU（中央處理器），里面就包含了數(shù)以億計(jì)的晶體管。每一個(gè)晶體管都是一個(gè)運(yùn)算單元，相當(dāng)于一個(gè)干活的工人，所以單位面積能放的運(yùn)算單元越多，芯片處理數(shù)據(jù)的速度就越快。現(xiàn)在每一個(gè)生產(chǎn)芯片的廠商都在想盡辦法往芯片上刻更多的晶體管，這樣他們就能獲得體積又小性能又好的芯片。比如，蘋果公司在2019年發(fā)布的iPhone11中，搭載的A13仿生芯片上共有85億個(gè)晶體管，每秒可以進(jìn)行1萬億次運(yùn)算，整個(gè)芯片只有一個(gè)指甲蓋大小。

若將CPU比作電子時(shí)代的大腦，那么

晶體管就是這個(gè)時(shí)代的神經(jīng)元。

在晶體管出現(xiàn)之前，計(jì)算機(jī)里最重要的器件叫做真空管。每一個(gè)真空管都是將金屬片封裝到玻璃管里并且抽成真空制成，外觀類似一個(gè)不會(huì)亮的小燈泡。

各種不同大小與用途的真空管，可以應(yīng)用在音箱、收音機(jī)、電視機(jī)、計(jì)算機(jī)中。

ENIAC計(jì)算機(jī)

1945年，人們靠著真空管和一些其他的元器件，做出了世界上第一臺(tái)真正意義上的通用電子計(jì)算機(jī)埃尼阿克（ENIAC，1946年2月對(duì)外公布）。這臺(tái)美國(guó)陸軍用來計(jì)算火炮彈道軌跡的當(dāng)時(shí)最先進(jìn)的計(jì)算機(jī)，總重30噸，占地近170平方米，每秒鐘能進(jìn)行5000次加法運(yùn)算，而且?guī)缀趺刻於紩?huì)有幾根真空管燒壞，需要人為檢修。

這些又粗又大的真空管排列在計(jì)算機(jī)的外部，它們發(fā)出的光和熱經(jīng)常吸引飛蟲飛進(jìn)去，導(dǎo)致計(jì)算機(jī)出現(xiàn)故障。說實(shí)話，修這臺(tái)計(jì)算機(jī)的人應(yīng)該挺慘的，因?yàn)檫@臺(tái)計(jì)算機(jī)上面用了18000個(gè)真空管，要找出哪個(gè)有問題真要找半天。據(jù)維修小組的工程師回憶，即使鍛煉了一年后，找出錯(cuò)誤部位最快還是要15分鐘。

同時(shí)，這個(gè)計(jì)算機(jī)的耗電量極其恐怖，它工作一小時(shí)耗電量為150千瓦，當(dāng)它開機(jī)時(shí)全費(fèi)城的燈都會(huì)變暗，不知道的還以為發(fā)電廠出問題了呢。

這臺(tái)計(jì)算機(jī)的大多數(shù)缺點(diǎn)是繼承自真空管的缺點(diǎn)：體積大、壽命短、制作困難、耗電高、發(fā)熱高。

晶體管的出現(xiàn)讓這一切都成為歷史，可以說，

沒有晶體管，就沒有新世界。

威廉·肖克利（William Shockley）就是發(fā)明晶體管的那個(gè)天選之子。他的一生堪稱傳奇。他改變了這個(gè)世界兩次，第一次是加速了二戰(zhàn)的結(jié)束，第二次就是發(fā)明了晶體管。

肖克利的出身算是書香門第了。他于1910年出生在英國(guó)倫敦，但他的父母都是美國(guó)人。他父親畢業(yè)于麻省理工學(xué)院，精通八國(guó)語言，前半生大多時(shí)間都在世界各地旅游，直到52歲才結(jié)婚。他的母親則是斯坦福的第一批女畢業(yè)生，也是美國(guó)第一個(gè)女性礦物勘測(cè)師。

肖克利小時(shí)候非常喜歡做各種惡作劇，而且脾氣非常暴躁，搞得鄰居家的小孩兒都很怕他。他還是一個(gè)很蠻橫的人，任何事情都以自我為中心，不考慮別人的感受。

為了討個(gè)清凈，父母送他去了軍校讀書。

關(guān)于肖克利的智商，據(jù)說他媽把他領(lǐng)去斯坦福找教授給他測(cè)過，測(cè)試結(jié)果是121，距離當(dāng)時(shí)流行的天才標(biāo)準(zhǔn)差了9分，而他媽自己的智商則是161。

這個(gè)結(jié)果真讓他媽頭大。

不過，這智商也足夠考上名校了。肖克利順利進(jìn)入加州理工大學(xué)，攻讀物理學(xué)。按一般在物理學(xué)上有很大成就的偉人的套路，肖克利應(yīng)該在本科期間就嶄露頭角，發(fā)表一篇震驚世界的學(xué)術(shù)論文，但肖克利的技能樹[1]在大學(xué)時(shí)期點(diǎn)偏了。

為什么說肖克利老爺子是一個(gè)廢物天才，后面你們就知道了。

他練了一身腱子肉，再加上一米九的大高個(gè)，被生產(chǎn)健身器材的廠商看中了，他們專門找肖克利當(dāng)模特拍了一套廣告冊(cè)。他一直都堅(jiān)持健身，保持體形，還登上過阿爾卑斯山脈的主要山峰。

貝爾實(shí)驗(yàn)室應(yīng)該是最近100年最偉大的機(jī)構(gòu)之一了，你耳熟能詳?shù)募夹g(shù)包括激光、太陽能電池、數(shù)字衛(wèi)星、蜂窩網(wǎng)絡(luò)、電子計(jì)算機(jī)等等，都出自貝爾實(shí)驗(yàn)室。這些發(fā)明讓近200年人類的科技發(fā)展速度變得比前2000年加起來都快。差評(píng)君一度懷疑貝爾實(shí)驗(yàn)室是外星人開的。

肖克利身材健碩，卻并不是那種無腦肌肉男。1932年他考入了麻省理工讀博，博士畢業(yè)后，他留校當(dāng)了老師，過上了教書育人外加沒事兒游泳健身的退休老干部生活。

但，他這個(gè)老師沒干多長(zhǎng)時(shí)間，就被貝爾實(shí)驗(yàn)室挖走了。1936年，他正式成為貝爾實(shí)驗(yàn)室的一員。

肖克利加入貝爾實(shí)驗(yàn)室，是抱著改變世界的心態(tài)來的，但他可能完全想不到，自己第一次改變世界跟貝爾實(shí)驗(yàn)室其實(shí)關(guān)系不大。

他加入實(shí)驗(yàn)室之后沒幾年，二戰(zhàn)就爆發(fā)了，常規(guī)實(shí)驗(yàn)不得不中斷，肖克利轉(zhuǎn)而為政府做與戰(zhàn)爭(zhēng)相關(guān)的科研。他所在的研究小組用雷達(dá)瞄準(zhǔn)取代了光學(xué)瞄準(zhǔn)，并且應(yīng)用在了大名鼎鼎的B-29轟炸機(jī)上。

后來，肖克利出具了一份預(yù)估二戰(zhàn)戰(zhàn)損的報(bào)告，大概意思是繼續(xù)打下去會(huì)死很多人。這份報(bào)告影響了美國(guó)對(duì)廣島和長(zhǎng)崎投放原子彈的決定，而投放原子彈的飛機(jī)，正是搭載了肖克利所研究的雷達(dá)瞄準(zhǔn)器的B-29轟炸機(jī)。

憑借二戰(zhàn)這些事，肖克利拿到了二戰(zhàn)時(shí)期美國(guó)給平民頒發(fā)的最高級(jí)別勛章——優(yōu)異勛章，成了美國(guó)的國(guó)家英雄。

二戰(zhàn)結(jié)束后，肖克利返回了貝爾實(shí)驗(yàn)室。已經(jīng)成為國(guó)家英雄的他，開始不斷地做實(shí)驗(yàn)，想發(fā)明一種電子元件來取代真空管。這可不止他一個(gè)人想做，當(dāng)年，各家公司都為了尋找真空管的替代品而發(fā)愁，對(duì)肖克利來說這可正是一個(gè)有望成為“世界英雄”的機(jī)會(huì)。

1947年，肖克利在研究過程中提出了場(chǎng)效應(yīng)理論，似乎可以應(yīng)用在晶體管上，但是他的研究沒有成功；而他的部下約翰·巴丁和沃爾特·布拉頓在改進(jìn)了他的想法之后，做出了世界上第一個(gè)晶體管并申請(qǐng)了專利。

有意思的是，這個(gè)專利利用了肖克利的理論，但專利上只有巴丁和布拉頓的名字，并沒有肖克利的名字，肖克利被氣了個(gè)半死。

對(duì)肖克利來說，幸運(yùn)的是第一個(gè)晶體管被發(fā)明出來這事并沒有上頭條新聞。因?yàn)榘投『筒祭D做出來的晶體管非常脆弱，還很怕震動(dòng)，工業(yè)上難以大規(guī)模制造，個(gè)頭也并不小，這完全背離了大家想用它取代真空管的初衷。自負(fù)的肖克利想做出更好的晶體管，向世人證明自己才是天才。

帶著憤怒，他開始悄悄繼續(xù)研究晶體管。

兩年后，肖克利制造出了真正意義上耐用、小型、穩(wěn)定且適合商用的晶體管。直到現(xiàn)在，晶體管都是基于當(dāng)年的結(jié)構(gòu)，而今一塊芯片上堆放十幾億個(gè)晶體管也完全沒問題。

世界上第一個(gè)晶體管。為啥看起來這么大？因?yàn)檫@是放大很多倍后的復(fù)制品啦。

通用電氣在1950年生產(chǎn)的晶體管

你可能會(huì)好奇，當(dāng)年的晶體管有2cm長(zhǎng)，現(xiàn)在一塊芯片上怎么能堆放十幾億個(gè)？

這是因?yàn)椋F(xiàn)代工藝可以直接用激光在硅片上刻晶體管，最好的工藝已經(jīng)可以把晶體管刻到幾納米的大小。在肖克利那個(gè)年代，人們還不知道晶體管可以用激光來刻，但每一個(gè)電子領(lǐng)域的人都明白，晶體管終將成為帶大家走進(jìn)下一個(gè)時(shí)代的物件。

差評(píng)君順道在這兒講一下晶體管有啥魔力，憑什么剛被發(fā)明出來就終結(jié)了真空管的光輝時(shí)代。

首先，晶體管和真空管一樣，都可以通過控制電路中電流的高低（為了方便理解，可以近似地看做是電流的通和斷）來表達(dá)信息與進(jìn)行計(jì)算。

我們可以用各種規(guī)格的晶體管進(jìn)行一些特定的排列組合，那么電路就學(xué)會(huì)了“計(jì)算規(guī)則”，這個(gè)電路就是邏輯電路了，它對(duì)于人類來講，就是一個(gè)可以按照我們制定好的規(guī)則做運(yùn)算的計(jì)算機(jī)。

在計(jì)算機(jī)世界，所有的東西都用0和1表達(dá)，只需要兩個(gè)數(shù)字，通過無數(shù)個(gè)不同的排列組合，可以表達(dá)這個(gè)世界上的任何一個(gè)東西，這就是我們常說的二進(jìn)制。比如apple這個(gè)單詞在電路二進(jìn)制世界的表達(dá)是：0100000101010000010100000100110001000101。

而0和1剛好可以對(duì)應(yīng)電路的斷和通。我們按照設(shè)定控制電流的通斷，將0和1進(jìn)行排列組合，使它能表達(dá)出我們想要的信息。

能表達(dá)信息就能進(jìn)行計(jì)算。我們?cè)谟檬M(jìn)制算數(shù)的時(shí)候，1＋9＝10，最后一位要?dú)w零然后向前進(jìn)位1，這是我們約定俗成的一個(gè)計(jì)算規(guī)則（也就是邏輯）。那么二進(jìn)制的時(shí)候1＋1，與十進(jìn)制的做法同理，最后一位也要?dú)w0，向前進(jìn)位1，即10。這是二進(jìn)制中約定俗成的計(jì)算規(guī)則。

再次，晶體管比真空管的好處多太多了，不是幾乎，而是全方位吊打：

※晶體管如黃豆般大小，微型的只有米粒大小，真空管則大得像個(gè)燈泡。

※晶體管結(jié)實(shí)得像施瓦辛格，真空管嬌弱得像剛出生的嬰兒。晶體管因?yàn)闆]有燈絲、玻璃管等易碎的部件，所以比真空管更堅(jiān)固，經(jīng)得起劇烈的沖擊。

※晶體管長(zhǎng)壽得像烏龜，真空管則像只能生存幾個(gè)月的螞蚱。晶體管每天工作8小時(shí)，可以使用25年，真空管使用幾百小時(shí)不壞就走大運(yùn)了。

※晶體管功耗只有真空管的幾十分之一。

※晶體管插上電就能立即工作，真空管開機(jī)后有一個(gè)預(yù)熱時(shí)間，燈絲達(dá)到一定的溫度后才能工作。

……

肖克利因?yàn)檫@項(xiàng)發(fā)明，名聲大噪。

后來，用晶體管生產(chǎn)的收音機(jī)問世并逐漸暢銷，肖克利認(rèn)為，這是貝爾實(shí)驗(yàn)室在利用他的發(fā)明賺錢。這讓他很不爽，所以他決定辭職單干，要把能賺到的錢都攥在自己手里。

肖克利出版的圖書詳細(xì)講解了晶體管的原理與應(yīng)用，似乎在向天下宣布自己才是真正的“晶體管之父”。

硅是一種常見的半導(dǎo)體材料。半導(dǎo)體是指常溫下導(dǎo)電性能介于導(dǎo)體與絕緣體之間的材料，除硅外，還有鍺、砷化鎵等。像芯片、內(nèi)存條等由于都用到了半導(dǎo)體材料，所以都屬于半導(dǎo)體行業(yè)。 對(duì)了，肖克利發(fā)明的晶體管是類硅的元素鍺制造的，“硅谷”的“硅”只是一個(gè)泛稱。

于是，肖克利在1955年辭職回了自己老家加州山景城，準(zhǔn)備開一家以自己名字命名的科技公司——肖克利半導(dǎo)體。此前，很少有人來山景城投資開公司，當(dāng)?shù)赝林荒芤揽看笃笃乃r(nóng)場(chǎng)來賺錢養(yǎng)家。肖克利半導(dǎo)體公司是當(dāng)?shù)氐谝患覐氖屡c硅相關(guān)的半導(dǎo)體業(yè)務(wù)的公司，這為山景城成為現(xiàn)在舉世聞名的“硅谷”埋下了種子。

肖克利建立公司時(shí)，曾主動(dòng)去得州儀器、洛克菲勒等公司拉投資，但是都遭到了拒絕。最后，肖克利的大學(xué)同學(xué)阿爾諾德·貝克曼投資了他。這個(gè)貝克曼，就是我們學(xué)化學(xué)時(shí)學(xué)到的“pH值測(cè)定法”的發(fā)明人。

拿到錢后，肖克利開始招聘員工。他另辟蹊徑，將招聘廣告以代碼的形式登在學(xué)術(shù)期刊上，這樣，直接篩選掉了一大批求職者。另外，在面試前，他會(huì)對(duì)應(yīng)聘者進(jìn)行智商及創(chuàng)造力測(cè)試，還要做心理評(píng)估。在面試時(shí)，他甚至當(dāng)著面試者的面，拿著秒表來計(jì)算他們的答題時(shí)間。

憑借著嚴(yán)苛到幾近變態(tài)的選拔手段和“晶體管之父”這個(gè)響當(dāng)當(dāng)?shù)拿?hào)，肖克利半導(dǎo)體集結(jié)了非常多的天才科學(xué)家。他們不滿30歲，都處于人生中創(chuàng)造力的爆發(fā)期，由于招的人都是博士，這批人又被稱為

博士生產(chǎn)線。

事實(shí)證明，雖然肖克利在搞研究上是個(gè)天才，但他在開公司方面是個(gè)菜雞。他專橫獨(dú)裁、自負(fù)偏執(zhí)的性格在開公司后被無限放大。

肖克利一上來就搞大躍進(jìn)，逼迫員工把晶體管的成本壓縮在5美分以內(nèi)。這簡(jiǎn)直是天方夜譚，他的這個(gè)目標(biāo)即使在1980年也是難以實(shí)現(xiàn)的。他無法面對(duì)自己決策的失敗，開始遷怒身邊的每個(gè)人。

在1956年，關(guān)于晶體管發(fā)明的諾貝爾獎(jiǎng)最終還是發(fā)給了肖克利他們?nèi)齻€(gè)人——即使專利上沒有肖克利的名字。當(dāng)諾貝爾獎(jiǎng)委員會(huì)給他打電話通知他這個(gè)消息時(shí)，他第一反應(yīng)不是開心，而是猜測(cè)這肯定是有人整他的惡作劇。當(dāng)確認(rèn)消息后，他又開始懷疑評(píng)委會(huì)有人不認(rèn)可他獲獎(jiǎng)的資格，要求委員會(huì)把這些人員的名單給他……

得了諾貝爾獎(jiǎng)后，他變得更加狂妄，不斷與下屬產(chǎn)生沖突，連投資人貝克曼也不放在眼里。

有一次，一名員工在開門時(shí)割傷了手指，這本是稀松平常的小意外，而肖克利卻堅(jiān)信公司有人想陷害他，并動(dòng)用測(cè)謊儀對(duì)全體員工進(jìn)行了測(cè)謊。諸如此類的事情，在肖克利的公司數(shù)不勝數(shù)。

現(xiàn)在，差評(píng)君好像明白為什么巴丁和布拉頓不愿意在專利上寫肖克利的名字了……

一個(gè)在外界看來是神仙團(tuán)隊(duì)組成的公司，被肖克利搞成了一個(gè)大型精神病院。

他的這些舉動(dòng)帶來的效果非常非常顯著：

1957年，實(shí)驗(yàn)室八個(gè)最關(guān)鍵的研究員

集！體！辭！職！

畢竟誰能忍受天天在公司接受老板的精神控制呢。

而失去了這八個(gè)研究員的肖克利半導(dǎo)體因?yàn)槿瞬帕魇б货瓴徽瘢粋€(gè)晶體管也沒生產(chǎn)出來就倒閉被收購(gòu)了。

一位硅谷經(jīng)理人說，肖克利是一位天才，又是一個(gè)十足的廢物。

在這之后，創(chuàng)業(yè)失敗的肖克利發(fā)財(cái)夢(mèng)破滅，被迫棄商從教的他去斯坦福做了一名教授。而他的研究突然轉(zhuǎn)向了，他認(rèn)為人類種族之間是有區(qū)別的，還建議讓智商低于100的人拿一些補(bǔ)助金后自愿絕育，甚至把精子庫(kù)稱為“人生選擇庫(kù)”，并且以諾貝爾獎(jiǎng)獲獎(jiǎng)人的身份捐精給精子庫(kù)。

在這件事兒上，他極為認(rèn)真，還寫信給幾十個(gè)諾貝爾獎(jiǎng)得主，試圖說服他們捐精，但最后只有一名諾貝爾獎(jiǎng)得主真的捐精了，就是他自己。更驚人的是，肖克利發(fā)表論文宣稱黑人的智商要比白種人低20%，導(dǎo)致憤怒的黑人學(xué)生在校園里燒掉了他的雕像。

他的種種行為讓他的親人和朋友都疏遠(yuǎn)了他，他去世時(shí)，他的兒子還是從報(bào)紙上知道了他死亡的消息。

一代天才的故事，最終以一個(gè)充滿悲劇氣息的結(jié)局草草收尾。

肖克利的性格與他晚年的研究遭到學(xué)術(shù)圈的討伐，但他的貢獻(xiàn)不應(yīng)被掩蓋：

他發(fā)明的晶體管，被譽(yù)為是20世紀(jì)最重要的發(fā)明；

他把“硅”帶到了山景城，埋下了第一粒“硅谷”的種子。

他被《時(shí)代》雜志評(píng)為20世紀(jì)最重要的人物。

天才與庸才往往并不是像冰與火一樣處于對(duì)立面，當(dāng)它們淋漓盡致地集中展現(xiàn)在一個(gè)人身上時(shí)，我們才發(fā)現(xiàn)，原來他就是一個(gè)普通人。

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【注釋】

[1] 游戲里一般用樹狀圖表示玩家可以升級(jí)的技能方向。