导语
我们日常使用的多数现代便利设备——手机、笔记本电脑、GPS设备、咖啡机等——都有一个共同点：它们都依赖计算机芯片运行。这些芯片由美国企业引入，推动美国站在了技术创新的最前沿。
硅谷流传着很多故事，讲述很多企业都诞生于简陋的环境。史蒂夫·乔布斯与史蒂夫·沃兹尼亚克在乔布斯父母家简朴的车库里，打造出象征美国创造力的第一台苹果电脑。
数字革命历经数十年在美国孕育而生，源于科学探索、蓬勃发展的私营部门以及美国开拓进取的精神。它的下一个篇章必将以更迅猛的势头实现突破性进展。
专家预测量子计算与人工智能将重塑未来。美国科技企业正大举投资于“量子人工智能”市场。而那些可能正蛰伏于美国各地地下室或车库的小型公司，也将加入其中，在改善我们的世界的关键领域实现突破。
欲了解数字时代如何重塑世界及其目前引领我们走向何方，请继续向下滑动，查看《美国如何开启数字时代》 。
注：本文所有内容来自美国国务院网站：
https://stories.state.gov/digital-age/
贝尔实验室的诞生
（1925–1945 ）
贝尔实验室（Bell Labs）是一家位于美国新泽西州的传奇性的研究中心，最初是西电公司（Western Electric Company）的一个分支，而西电公司则是美国电话电报公司（AT&T）的子公司。
贝尔实验室
贝尔实验室工程师测试早期电视传输设备
© Underwood Archives/Getty Images
卡尔·央斯基在贝尔实验室建造的开创性的射电天线首次探测到来自银河系的信号——射电天文学由此诞生。
© Bettmann/Getty Images
1925 年，为满足不断增长的大众通信需求，贝尔实验室正式成立。贝尔实验室鼓励跨学科合作，推动了许多突破性的发现。实验室以科学好奇心为驱动力，拥有灵活的期限安排，并且资金稳定——这得益于 AT&T 的预算。实验室的主管们采取放手式管理风格，创新因此蓬勃发展。
你知道吗？1932 年，贝尔实验室物理学家卡尔·央斯基（Karl Jansky）发现了来自外太空的无线电波。他被誉为“射电天文学之父”。
革命性的晶体管
（20 世纪 40 年代末）
二战后，贝尔实验室的默文·凯利（Mervin Kelly）召集了一支由顶尖科学家组成的“全明星团队”，目标是研发一种能够取代真空管的装置——因为真空管体积庞大、易碎，而且经常烧毁。
1947 年，在物理学家威廉·肖克利（William Shockley）的监督下，约翰·巴丁（John Bardeen）和沃尔特·布拉顿（Walter Brattain）发明了点接触式晶体管。这是一种半导体器件，能够放大声音，并实现电流的开关控制。
贝尔实验室的物理学家约翰·巴丁、威廉·肖克利和沃尔特·布拉顿进行了重新定义电子学的实验。（© Hulton Archive/Getty Images）
威廉·肖克利因在晶体管研发中的贡献荣获1956年诺贝尔奖。（© 盖蒂图片社/法新社）
1948 年，肖克利设计出了结型晶体管，这是一种更坚固、更可靠的晶体管。它体积小、功耗低、耐用性强，为计算机、便携式收音机、手机以及其他电子设备铺平了道路。
八年后，巴丁、布拉顿和肖克利因这一突破共同获得诺贝尔物理学奖。
你知道吗？ 1937 年到 2023 年间，贝尔实验室的研究人员共获得了 10 项诺贝尔物理学和化学奖。虽然贝尔实验室在 20 世纪 40 年代至 70 年代最为高产，但其位于新泽西州的总部如今仍在进行重要研究。
硅谷与微芯片
（20世纪50年代–20世纪70年代）
在 1950 年代，贝尔实验室持续改进晶体管技术，研发出了硅晶体管以及金属氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET）。
在 1960 年代，MOSFET 被证明是构建高密度集成电路（IC）——也就是微芯片——的关键。微芯片由数十亿个微小晶体管组成，这些晶体管通常由硅等半导体材料制成，共同驱动电子设备的运行。
意识到晶体管技术可能带来的巨大影响和商业价值，贝尔实验室制定了授权协议，将晶体管技术分享给其他公司。
肖克利半导体实验室
贝尔实验室的工程师测试“泰尔斯塔”（Telstar）卫星，这是全球通信领域的一项突破。（© Keystone-France/Getty Images）
苹果联合创始人史蒂夫·乔布斯（Steve Jobs）出席 1977 年在旧金山举办的首届西海岸计算机展览会，Apple II 电脑在此首次亮相。（© Tom Munnecke/Getty Images）
来自山景城的一块集成电路芯片标志着紧凑而强大的计算时代的到来。（© David Madison/Getty Images）
1955 年，威廉·肖克利（William Shockley）离开贝尔实验室，在加利福尼亚州山景城创立了肖克利半导体实验室。几年后，他的一些工程师和科学家员工离开并成立了自己的公司——仙童半导体（Fairchild Semiconductor）。
仙童被认为是硅谷诞生的标志。该公司迅速成为蓬勃发展的半导体行业的重要力量，而许多硅谷企业——包括 1968 年成立的英特尔和 1976 年成立的苹果——至今都与仙童的前成员有着深厚渊源。
你知道吗？集成电路的发明巩固了硅谷在产业中的主导地位。1971 年，英特尔推出了全球首款商业化微处理器，它能够在单个芯片上执行计算并控制设备。
半导体走向全球
（20世纪80年代–20世纪90年代）
随着对半导体需求的增长，对其制造能力的需求也随之扩大。
在整个 20 世纪 80 和 90 年代，日本、韩国和台湾逐渐成为半导体产业的重要力量。日本企业如东芝（Toshiba）和日本电气（NEC）在数据存储市场具有深远影响，而韩国的三星（Samsung）和 SK 海力士（SK Hynix）则专注于内存芯片的生产。
集成电路芯片
东芝总部象征着日本在 1990 年代对电子产业的影响。（© Kaku Kurita/Gamma-Rapho/Getty Images）
工程师在台湾的半导体工厂内推动装载晶圆的运输舱（2006 年）。（© Sam Yeh/AFP/Getty Images）
与此同时，台湾积体电路制造公司（台积电/TSMC）颠覆了传统的“设计 + 制造”一体化模式，推出了“无晶圆厂—晶圆代工”（fabless–foundry）模式，鼓励企业专注于设计或制造其中之一。这一模式提升了效率，更重要的是，它让许多缺乏资金建设工厂的小公司也能参与芯片设计。
你知道吗？“无晶圆厂—晶圆代工”商业模式让芯片生产更加普及化，使初创企业无需昂贵的制造设施也能进入市场。
离岸外包时代
（1990 年代–2000 年代）
互联网、个人计算设备和移动通信的兴起，推动了对半导体前所未有的需求。
这一需求推动了离岸制造的扩张——美国公司将生产转移到东亚，尤其是台湾，以降低成本。（到 2022 年，美国在全球芯片制造中的份额已从 1990 年的 37% 降至 10%。）
一名联电（UMC）技术员在台湾台南检查一片 12 英寸晶圆。（© Sam Yeh/AFP/Getty Images）
一片英特尔 300 毫米硅晶圆的特写，展示了色彩斑斓的微芯片图案，拍摄于 2007 年东京。（© Yoshikazu Tsuno/AFP/Getty Images）
随着互联网在全球范围内普及，以及“千年虫”（Y2K）问题需要处理，美国公司也将软件服务外包到海外，尤其是印度。
微芯片的复杂性不断提高，加之制造成本上升，使得越来越多的公司采用无晶圆厂（仅设计）商业模式，进一步扩大了离岸业务。
这些趋势将半导体产业转变为一个全球化、供应链高度复杂的体系。到 2000 年代，亚洲已成为半导体制造的中心。
你知道吗？随着无晶圆厂—晶圆代工模式和供应链的扩张，知识产权（IP）授权模式也逐渐普及，使企业能够为其芯片授权预先设计好的功能模块（如处理器核心或存储模块），从而减少开发时间和成本。
美国芯片复兴
（21世纪20年代）
特朗普总统长期以来一直把芯片制造回流美国作为优先事项。
在政府激励政策和私人投资的推动下，芯片制造业预计将通过提升本土产能、创造数以万计的就业岗位，并增强国家安全和经济竞争力，从而显著壮大美国半导体产业。
更强大的本土半导体产业将确保国防及其他关键领域所需核心芯片的可靠供应，同时促进技术创新。
2017年，英特尔首席执行官布莱恩·科再奇（Brian Krzanich）在白宫与特朗普总统会面，宣布在亚利桑那州新建一家工厂、投资70亿美元——这是美国芯片制造多项承诺之一。（© Chris Kleponis / Getty Images）
美光科技位于圣何塞的办公楼，体现了美国对高科技制造业的重新投入。（© Justin Sullivan / Getty Images）
行业专家表示，这一转变将帮助美国在人工智能（AI）、5G 和 6G 通信以及量子计算等战略性技术领域保持领先地位。量子计算利用量子力学原理来解决即使是最强大的传统计算机也无法解决的问题。
你知道吗？随着英特尔、三星和美光科技等公司目前在全美各地投入数十亿美元建设新的芯片制造设施，私营部门的总投资预计已超过5000亿美元。预计在2022年至2032年间，美国的半导体制造产能将增长三倍以上，成为全球增长速度最快的国家。
展望未来
下一个创新时代
专家预测，量子计算凭借突破数据规模、复杂性和处理速度限制、从而加速人工智能（AI）的能力，将塑造未来的发展方向。
量子人工智能（Quantum AI）将开发新的算法，有望推动药物研发突破、预测金融结果、提升制造效率，并增强网络安全。量子计算与人工智能的融合已形成一个活跃且不断发展的市场，美国科技巨头如 IBM 和英伟达（Nvidia）正在这两个领域持续加大投入。
IBM 的量子计算实验室展示了美国创新的实验性未来。（© Angela Weiss / AFP / Getty Images）
谷歌的量子计算研究持续突破运算能力边界（© Google）
美国公司格芯（Global Foundries）和 IonQ 也在积极开拓这些前沿领域。通过战略合作，格芯将自身定位为量子产业的重要芯片制造商。
IonQ 则投资于先进的“囚禁离子”量子计算机，同时开发量子与经典计算相结合的混合模型，以增强人工智能能力。
IonQ工程师沃克·斯蒂尔（Walker Steere）预计，化学、制药研究和工程领域将迎来“巨大的突破”。他说，技术始终在不断演进：“与其站在一旁看别人推动技术发展，我更愿意亲身参与其中。”
你知道吗？美国正在研发强大的量子芯片，例如谷歌的 Willow 芯片，它们可大幅降低错误率，并在某些复杂计算上远远快于超级计算机。在医学领域，量子人工智能能够模拟分子相互作用，加速新药设计并改善诊断效果。
后记：美国的创新之道
行业领袖指出，多种因素共同塑造了美国的技术创新。其中之一是美国的知识产权保护体系。前美国商务部负责标准与技术的副部长沃尔特·科潘（Walter Copan）表示，这一制度鼓励了敢于冒险的精神。（该体系被写入美国宪法，源于美国开国元勋的远见卓识。）
这里展示的是史蒂夫·乔布斯和史蒂夫·沃兹尼亚克打造第一台苹果电脑的简陋车库——美国创新精神的象征。（© Kevork Djansezian / Getty Images）
美光科技总裁兼首席执行官桑杰·梅赫罗特拉（Sanjay Mehrotra）提到，美国的商业文化允许“公开、自由地讨论观点”，并强调：“最好的想法终将胜出。”
格芯（GlobalFoundries）执行董事长托马斯·考菲尔德（Thomas Caulfield）说：“这里是一个你可以努力工作、实现梦想、成为企业家、创办公司的地方。”
《创意工厂：贝尔实验室与美国创新的黄金时代》一书作者乔恩·格特纳（Jon Gertner）则指出，贝尔实验室的一些关键人物出身平凡：“在我看来，这正是美国独有的特质——才能可以从几乎任何地方脱颖而出，并塑造通信技术的未来。
打印本文章
