摩爾旅程：電晶體數目爆增的神奇魔力

　　以科學及工程為骨幹，穿插親身經歷或見證的故事，用物理哲學的觀點及文學感性的筆法，帶你探索半導體晶片的前世今生。

　　3位頂尖科學専家學者對作者書中創新觀點的回響：

　　「……對於這整個議題，充滿深度及個人洞察力。不論從歷史或技術的角度來看，你的演講和其他在此議題已發表過的文件，完全不同……我一直在考慮如何將你講的內容傳播更廣，產生更大的影響力。我初步的想法是建議經由哈佛大學出版社以英文出書。」
　　「我喜歡你數大便是美的觀點。人腦經由神經元的自我適應性的連結而產生智能……由於晶片硬體的精進，現在是重新大力投入神經網絡研發的時候了，因為它是人工智能的關鍵元素。」──張大凱(Derek Cheung)博士，科普「電的旅程」作者，曾任美國羅克威爾國際公司(Rockwell International)科學中心主管及執行長

　　「我在電子時報讀了你的文章，非常精彩。你學識淵博、見多識廣，對年輕人會有很大的啟發。我建議你寫成一本書，記錄下來你的見解及人生經歷，這樣可以造就更多的人。」──吳詩聰教授，在美國中央佛羅里達大學(University of Central Florida)教書，2022年當選中央研究院院士。

　　「我應該稱你為大師！……你講解基礎物理，由淺入深。甚至連我這樣的生醫學者，看完後都懂得積體電路了！你甚至把宇宙和積體電路的知識連結起來，非常合理且完美！你太棒了!」。──前台北醫學大學校長閻雲博士

　　半導體發展的過程及歷史，就像史詩一般，其精彩刺激程度，幾乎可以比擬20世紀初期量子力學的發展。因此作者使出洪荒之力，把他自己過去40年在半導體生涯中所親身經歷或見證的點點滴滴串連起來，描繪半導體世界奧妙的意義，讃美自然的神奇及人造工藝的美妙，用文學感性的筆法來寫這史詩般的摩爾旅程。

　　本書將帶領你一步一步進入晶片的迷你世界，一窺其中的秘密，解開現今0和1數位文明背後所蘊藏的玄機；進而帶領你走上摩爾旅程，沿途欣賞神賜給人類獨特的摩爾定律的「數大便是美」，讓你體會電晶體的運作原理之美，使你以後再低頭看手上的iPhone時，彷彿可以看到電子的形影，聽到電子的足音，進而摸到電子的身體，甚至細數電子的數目。

　　本書指出人類邁向光明前途的3樣法寶及1個條件：類似人腦的 FPGA 晶片組成的邏輯硬碟，人類鬼斧神工創造的第一顆人造太陽極紫外光 (EUV) 曝光機，以及發展中的第二顆人造太陽─核融合能源系統等3 樣法寶，再加上本書大力提倡的工程倫理(engineering ethics)，世界將彷彿是人間天堂，這也是摩爾旅程的理想終點。

本書特色

　　◎將帶領你穿越時空，走進積體電路的摩爾旅程，由1958年含有2個3毫米大小電晶體的晶片，不斷微縮演進成今日含有5百億個3奈米大小電晶體的晶片；就好像穿越時空，宇宙由137億年前的一個小點，遵循著自然界的愛因斯坦廣義相對論不斷的膨脹，達到今日直徑一千兆兆(10的27次方)米且含有一百億兆(10的22次方)個恆星的規模。

　　◎原創性的揭露人造的積體電路和自然界的DNA有類似的信息傳遞法則。自然界的DNA 和人造晶片的積體電路在時間和空間扮演的角色，也許隱藏著深邃的秘密，這和複雜的時間和空間物理原理有關嗎？這可能蘊藏著 DNA computing或是 quantum computing 的線索和啟發嗎？

　　◎原創性的提出多晶片封裝的摩爾定律：每隔X個月，多晶片封裝中單位體積所含的電晶體數目將加倍！

　　◎詳細闡釋作者在2016年所提出的「邏輯硬碟」(Logic Drive)願景及夢想。「邏輯硬碟」讓有創意但缺乏資金的晶片設計高手，只要募資幾十萬或一兩百萬美元，就可以創立新的積體電路設計公司，以台積電10奈米以下的先進製程實現他的創意，也就是說，提供一個方法讓99%的平民大眾可以參與1%貴族的遊戲。

　　◎大力提倡工程倫理(engineering ethics)，以避免高科技被濫用而毀滅人類的文明。

　　◎探討ChatGPT的出現將會如何影響人文(humanity)和神學(divinity)。人工智慧機器(AI machine)會有「機器個性」或「機性」(「Machinality」)嗎？Humanity和「Machinality」的關係是什麼呢？人類(human being)將如何以自己的Humanity來處理機器的「Machinality」呢？
 

作者簡介

林茂雄（Mou-Shiung Lin）

　　現任成眞股份有限公司（iCometrue）董事長兼發明家，哈佛大學Global Advisory Council委員、工程及應用科學學院Dean’s Advisory Cabinet成員。其過去四十年的半導體產業生涯，沈浮在摩爾定律的浪潮中，曾經兩度進入摩爾定律的浪潮，也兩度退出轉而發展非摩爾定律的技術。

　　在其過去四十年的半導體產業生涯中，曾經任職IBM，AT & T貝爾實驗室，台積電，創辦米輯科技/米輯電子，米輯電子被收購後，加入高通（Qualcomm）。

　　林茂雄在當哈佛大學博士候選人期間，同時也是麻省理工學院（MIT）的訪問科學家（Visiting Scientist），在MIT實驗室完成博士論文。林茂雄擁有哈佛大學應用物理碩士、博士學位及台大物理學士學位； 喜歡發明，獲得三百多個美國專利。
 

序

第一章 積體電路精彩的摩爾旅程──數目爆增的神奇魔力
前言
第一節 半導體世界的起源和演化──獨有的摩爾定律
第二節 神奇的曝光機──光波波長的摩爾遊戲
第三節 半導體精彩神奇旅程的主要里程碑
第四節 我的摩爾人生
第五節 數大便是美──數大便產生神奇的魔力
結語

第二章 活潑主動的電晶體──積體電路因此而產生智能
前言
第一節 四門物理學闡釋了電晶體的空乏層及反轉層
第二節 量子力學促成電晶體的發明──矽晶的能帶及能隙概念
第三節 量子熱力學規範了電子塡進分佈在矽晶能帶的法則
第四節 古典熱力學和古典電動力學描述了電子在矽晶的移動行為
第五節 電晶體的發明及演化
第六節 平面金氧半場效電晶體──主導了1970-2010年代的摩爾定律
結語

第三章千絲萬縷的金屬連線──積體電路因此而誕生
前言
第一節 積體電路的發明──把「數目暴力」轉變成「數大便是美」
第二節 晶片上金屬連線的演化
第三節 晶片封裝承擔保護晶片及信號輸入輸出的重責大任
第四節 貝爾實驗室在1980年代開發多晶片模組技術，期望延續摩爾定律
第五節 米輯的奇異旅程──MeGic及Freeway兩個創新的願景及夢想
結語

第四章 類似人腦的FPGA 晶片──具有可塑性(plasticity)及整合性(integrality)
前言
第一節 用軟體改變記憶體內的數據資料來改變電路的功能及連結方式
第二節 我和FPGA 頗有緣分
第三節 我提出了邏輯硬碟(Logic Drive) 的構想
第四節 數據記憶儲存的革命──固態硬碟及USB 快閃隨身碟
結語 人類的光明前途

第五章 回首前塵，點點滴滴串連成章
前言
第一節 創立成眞公司進入生命科學領域
第二節 從台積電借調到台灣慧智擔任代理總經理
第三節 加入紅外線雷射研發，如魚得水，發揮我所擅長的物理和數學
第四節 為什麼我一直執著堅持要留在半導體積體電路這個行業呢？
第五節 點點滴滴，在不可逆的時間長流中，串連成章
結語

附錄
附錄A 夢想與恐懼──單封裝系統與單晶片系統
(收錄2002 年2 月21 日出刊的「今周刊」雜誌，由資深記者林宏文報導的一篇文章)
附錄B 展技歐陸──台積電1992 年到歐洲Road Show
(收錄1992 年12 月出刊的第13 期台積電公司刊物《晶園雜誌》(Silicon Garden) 裡，我寫的一篇文章)
附錄C 活在四度空間裡
(收錄1976 年出刊的第17 期台大物理系系刊《時空》，我寫的一篇文章)
附錄D 我心長悠悠──禾里
(收錄1974 年出刊的第15 期台大物理系系刊《時空》，我以筆名禾里寫的一篇文章)
附錄E 反摩爾定律的高速公路Freeway 傳輸技術
(收錄我在2005 年9 月 (Vol.12, No.3) 出刊的《無晶圓廠半導體聯盟》(Fabless Semiconductor Alliance, FSA) 雜誌發表的一篇文章)