一晃幾年時間過去了，瓦特總結了過去維修紐科門蒸汽機的經驗，找到了紐科門蒸汽機蒸汽消耗量大的根本原因，并做出了改進蒸汽機的設想和方案。他還做了大量的實驗，研究了水蒸氣的密度、壓力和溫度的關系，并著手進行改革紐科門蒸汽機的試驗。

瓦特第一臺改革的蒸汽機是在蘇格蘭制造的，但是沒有成功。幸運的是，在伯明翰有個名叫馬修·博爾頓的商人資助瓦特。不久，瓦特把家搬到伯明翰，在那兒他進一步改進了蒸汽機，終于獲得了成功，造出了一臺裝有分離冷凝器、活塞用油潤滑的單動式蒸汽機。

瓦特研制的蒸汽機的效率要比紐科門蒸汽機高，紐科門蒸汽機的熱效率不到1%，每馬力要消耗25千克煤，而瓦特蒸汽機熱效率提高到3%，每馬力只消耗煤43千克。

后來，博爾頓和瓦特合辦了一個工廠，專門從事制造瓦特蒸汽機。1776年，有人前來訂貨購買瓦特蒸汽機。到1800年，他們這個工廠已經制造出蒸汽機173臺。

瓦特并沒有就此停步，他仍然不斷地對蒸汽機進行改進。他發覺生產出來的蒸汽機中有93臺用于紡織工業，有52臺用于采礦業。他希望自己的蒸汽機最好沒有什么特殊目的，而能適應一切工業部門的需要。他的老同事博爾頓也鼓勵瓦特朝這個目標努力。

于是，瓦特獨自又設計了一種新型的齒輪系統——“太陽與行星”，來代替原來的曲柄結構。以后瓦特又在汽缸上下工夫。1784年，瓦特的雙功能發動機聞名于世。它運轉平穩，動力又增大一倍。

從此，瓦特蒸汽機無敵于天下。這是人類開發和利用能源的具有劃時代意義的進步，它拉開了人類生產機械化的序幕。

瓦特發明蒸汽機，并不像傳說的那樣，是偶然看到水壺蓋被水汽頂起來后產生的想法，而是用自己的勤奮，讓實踐中的靈感開出了智慧之花，讓閃光的理想結出了探索之果。

改變世界的發明

硅谷的崛起

提到電子計算機工業的發展，特別是半導體器件、集成電路、微處理器和微型計算機的問世，人們就會很自然地想到美國的“硅谷”，這是微電子工業的發祥地和中心，是近幾十年為世人所矚目的高科技發源地之一。

硅谷在哪里？硅谷位于美國加利福尼亞州，處于舊金山市和圣何塞市之間一塊50千米長、16千米寬的狹長地帶。在1950年時，那里還只是美國著名的杏梨之鄉，以生產罐頭和食品加工為主。它后來能成為高科技開發區，是與晶體管發明人之一肖克萊在這里的開發、研究工作密切相關的。

自從第一個晶體管問世以來，半導體工業以飛快的速度朝前發展，采用晶體管為元件的產品，包括計算機在內，層出不窮，而且它的體積越來越小巧，它的價格卻由于可以批量生產而日益下降，半導體行業出現一片繁榮景象，而它的競爭也日益激烈。肖克萊作為晶體管的發明人之一，既十分了解晶體管的功能，又預見到它的發展前途未可限量，決定自己建立半導體公司。

1955年，肖克萊在自己的故鄉加利福尼亞州的阿爾托建立起“肖克萊半導體公司”，公司聘用了一批精通半導體技術的科技人才，以便不斷開發晶體管產品，改進晶體管的性能。當時肖克萊半導體公司在這里還是新出現的第一家半導體公司，可后來，聚集在肖克萊公司里的人才不斷脫離肖克萊公司，在它的附近紛紛建立起自己的半導體公司，下面我們將要介紹的集成電路發明者之一的諾伊斯，他也是從肖克萊公司脫離出來后創建了自己的“仙童半導體公司”。

進入70年代以來，這里已集中了數以千計的微電子工業和其他高新技術企業，成為信息社會的先驅和范例。而這些企業的產品幾乎都是用硅制作的半導體器件，因此人們把這一地區稱為“硅谷”。而“硅谷”也以它發達的電子工業而馳名世界。

鑒于肖克萊在微電子學方面的貢獻以及他率先開發硅谷的業績，人們把他尊稱為“硅谷之父”。

硅谷在發展中最有特色的，也是給它帶來巨大財富的產品，當然首推集成電路。由于集成電路對微電子工業，特別是對人類信息產業的發展所產生的巨大影響，人們又把它稱為改變世界面貌的發明。

相互獨立的發明

集成電路的發明，是多項技術不斷發展的綜合結果。

最早提出制造半導體集成電路思想的，是從事雷達研究的英國科學家達默。他在1952年5月發表的一篇論文中提出：“由于現在晶體管的出現和半導體方面的研究成果，有可能制造單塊形狀的電子器件而省去連接線。這種器件由多層絕緣材料、通導材料、整流材料和放大材料構成，在各層中去掉某一部分就能使器件具有某種電功能。”

達默的上述設想很有意義，可惜他本人未能使之付諸實施。進入50年代以后，軍事工業和宇航工業的迅速發展，迫切需要各種功能更強、能實現更加復雜功能的半導體器件，而且還希望這種器件越小巧越好。

在社會需要的刺激下，那些早期來到硅谷開創電子工業的一批年輕的微電子工程師們，很自然地把研究方向瞄準到上述目標上。他們設想把一些晶體管及一些元件在新的形式下組合成一種更復雜的線路，而不是簡單地拼湊在一起，這種線路稱為集成電路。從外形來看，它們就是小小的硅片，因此人們也把它們稱為芯片。至今，在各種計算機、計算器及各種電器設備中處處都可以看到這種芯片。早在第二次世界大戰期間，有人就已設法把油墨狀的電阻材料和鍍銀金屬片印在陶瓷基片上，做成電阻和連接線的組合體；而印刷電路工藝的發展和晶體管的發明，都為集成電路的發明做了必要的技術準備。

現在人們認為，世界上最早的集成電路，是1958年由美國物理學家基爾比和諾伊斯兩人各自獨立地研究發明的，為了認定這項發明的專利權，他們兩人所屬的公司之間曾為此引發了一場為時不短的爭執，因此，回顧一下他們各自的發明過程，是很有意思的。

基爾比于1923年生于美國密蘇里州杰斐遜市，1947年畢業于伊利諾大學，1950年在威斯康星大學獲碩士學位。

1958年5月，基爾比進入得克薩斯儀器公司還只有3個月，他被安排去進行電子設備微型化的研究。當時電子設備應用了電子管，后來逐步使用晶體管，但體積龐大。

按照國防部的要求，基爾比的任務是研究如何通過采用較小的元件、更細密的接線，使電子設備體積縮小，更加緊湊靈巧。

在這一年夏天，當基爾比的同事都去度假時，他卻在寧靜的環境中，坐在辦公桌前苦苦思索解決微型化問題的辦法。他在想出新辦法前，屢次碰壁，后來才想到，所需用的全部電路元件包括晶體管、電阻、電容在內，可以用同一種半導體材料制成；這些電路元件必須絕緣，因此能單獨起作用，彼此沒有干擾；而全部電路元件都焊接在半導體圓片的基片或附近，從而可以利用先進的半導體技術手段使電路相互連接，不必擔心元件在連接的地方會出現短路。當時基爾比把這種電路稱為固體電路(現在有人稱為微型電路)。1958年9月，基爾比的第一個安置在半導體鍺片上的電路——“相移振蕩器”取得了成功。

諾伊斯于1927年出生于美國衣阿華州的一個小鎮。他對現實世界充滿了好奇心，在十二三歲時就同二哥先后制造過一架碩大的滑翔機，裝配出一輛汽車。他在大學同時學習物理、數學兩個專業，對晶體管及其應用也很感興趣，在晶體管方面奠定了堅實的理論基礎。在1949年考取博士研究生后，仍選修一些有助于晶體管基礎研究的課程，而在學術活動中，又有機會見到晶體管領域著名的專家肖克萊等人。

諾伊斯在1953年取得博士學位后，寧愿到待遇低的小公司任職。他認為：“越是小地方，就越能得到多方面的鍛煉，有利于發揮作用。這樣既便于選擇合適的課題進行研究，又能成為企業家。”

當1955年肖克萊在硅谷創建“肖克萊半導體公司”時，諾伊斯就是其中被聘請來的優秀科技人才之一。在肖克萊半導體實驗室成立的第一年內，諾伊斯和他的同事們竭力鼓動肖克萊把研究重點轉向硅晶體管，但肖克萊執意要搞四層二極管的研究。由于認識上的分歧，1957年，諾伊斯和公司的另外7名年輕人一起離開了肖克萊公司，自己成立了“仙童半導體公司”

，成為硅谷的第一家專門研制硅晶體管的公司。從這個意義上來說，諾伊斯早年想當企業家的愿望果真實現了。

當時，仙童公司在生產晶體管中首先使用一種“平面工藝”。主持技術工作的是赫爾尼，他是當時硅谷最有才干的科學家之一。他提出的平面工藝法，是通過各種措施把硅表面的氧化層盡量擠壓，直到壓成一張扁平的薄片為止，使器件的各電極在同一個平面上。因此，只要預先設計出晶體管的電極結構圖，通過照相制版的方法，把它精縮成掩模板，就可使立體形狀的晶體管制作成平面形狀的晶體管。于是，結構無論怎樣復雜和精密的晶體管，都可以用這種平面工藝壓縮在一片小小的半導體硅片上。

平面工藝法的提出，使仙童公司科學家的思路豁然開朗，他們一下子看到了令人振奮的應用前景，他們意識到，不只是幾個晶體管可以放置在一塊硅片上，幾十個、幾百個甚至幾百萬個晶體管都可以放到一塊硅片上。

平面工藝后來很快就應用到集成電路的制造上。仙童公司的科學家發現，運用照相平板印刷技術，可以在硅的表面上，把同樣的晶體管按照一定的規律重復地排列，同時又使這些晶體管彼此相連。仙童公司的副經理諾伊斯與他人共同提出了制造集成電路的平面工藝法，并主持制造出世界上第一塊用半導體硅制成的集成電路。

得克薩斯儀器公司的基爾比當然也認識到平面工藝法的重大價值。在諾伊斯之前半年就在制造“相移振蕩器”時成功地實現了把電子線路安放在鍺片上的設想。但諾伊斯制成的硅集成電路比基爾比的鍺集成電路更實用，更容易生產。

當后來回憶自己在32歲發明集成電路的情況時，諾伊斯風趣地說：“我發明集成電路，那是因為我是一個‘懶漢’。當時曾考慮，用導線連接電子元件太費事，我希望越簡單越好。”

而基爾比在得克薩斯儀器公司發明了后來稱為集成電路的“固體電路”后，立即得到該公司負責人的重視，他們意識到這種新電子器件的重要性，并預計它將會得到廣泛的應用，因此必須大力推廣。

1959年2月，基爾比為他本人的“固體電路”申請了專利。不久之后，得克薩斯儀器公司宣布，他們已生產出一種比火柴頭還小的半導體固體電路。而仙童公司的諾伊斯，雖然在此之前已使用平面工藝制造出半導體硅片集成電路，但并沒有及時申請專利，直到1959年7月，諾伊斯才想到要去辦專利申請手續，但時間已比基爾比晚了半年。

此后上述兩家公司為集成電路的發明權長期爭執不休，就是因為基爾比比諾伊斯申請專利的時間要早一些。基爾比先取得專利，但他的設計思想未能實現；而諾伊斯的平面工藝技術后來成為微電子革命的基礎，但他卻是在基爾比之后才申請專利的，更何況這一項技術在仙童公司并不是由他一人獨自發現并加以完善的。

最后經法庭裁決，集成電路的發明專利權屬于基爾比，而關鍵的有關集成電路的內部連接技術專利權屬于諾伊斯。從1961年起，兩人的專利使各自所在的公司都得到很大的經濟效益，而他們兩人也都因此成為國內外知名的發明家及微電子學的創始人，兩人還一起獲得美國科技人員最渴望得到的“巴倫坦獎章”。

發明家的感受

在集成電路發明20年后，基爾比回憶起他發明的這一段經歷時說：“有時候，發明的念頭就像燈泡亮起來一樣，只是出現在一瞬間”，“我并不是一開始就知道某一項發明會有哪些用處的，在我生活中所經歷過的一切，都使我確信，事物的發展總是有階段性的。當你在尋找例證和建立基本原理時，是處于很模糊的階段。然而它們之間的關系會在你的腦海中滲透，時間長短不一定，也許幾天、幾個月甚至幾年，然后形成概念，得到啟發，開始進行創造發明。”

基爾比接著說：“但是，關鍵的問題并不在于‘你能不能創造出來’，而是在于你是否能夠使創造出來的東西的價格被人們樂意接受，可以說，工程學中包含著經濟學。”

基爾比認為發明是一個循環的過程。發明家也許開始時先設想滿足某種需求，然后尋找技術和設計工藝，以實現預定目標；也許早先已有現成的技術和設計工藝可用，發明家只要利用它們來開發新的用途就行了。

基爾比說：“無論是哪一種情況，都會出現一個重復交叉的過程，在需求、技術和設計之間，需要經過多次交替往復的考慮。直到你找到了自己認為是有用的東西，而且用現有的技術或經過開發的技術，把新發明的東西制造出來，最終以便宜的價格推銷出去之后，你才能確定原先的設想是否真有價值。”

1966年，基爾比還研制出世界第一臺袖珍計算器。

諾伊斯在談到自己以往的經歷時說：“我想，我只不過是在做我認為是最簡單和最有趣的事。我推想這兩點是相輔相成的，感興趣的事容易做，容易做的事也容易使人感興趣……正如老生常談：‘你能做好你所喜歡做的事，你喜歡做的事就能做好。’”

在展望集成電路的發展前景時，諾伊斯說：“集成電路的發展，如果可能達到極限的話，技術至少要比現在復雜上千倍。按照目前的發展速度，我們還有20年的飯可吃。然而，科學技術發展的前提，不在于我們能不能做到，而是要看社會有沒有這種需要。”

集成電路和后來大規模集成電路的出現，使各種設備實現了微型化，這對此后航空、通信、宇宙航行、家用電器的發展產生了深遠的影響，對電子計算機的發展也產生了巨大的影響，可以說60年代以后技術出現的日新月異的變化，幾乎都離不開集成電路。集成電路這一項發明確實使世界發生了天翻地覆的變化。把它稱為改變世界的發明，是理所當然的。

在20世紀60年代的10年間，由于集成電路可以批量生產，產量增加了40倍，價格卻不斷下降，60年代初30美元一片的集成電路，到1970年就只值1美元了。

集成電路計算機時代