作者：陳俞帆
蒸汽機的發明，推動了第一次工業革命，電力系統的升級是第二次工業革命，隨著機器的發展，人們不必承受高強度的重複性的勞力工作，許多高風險又吃重的苦差事逐漸被機器代勞。
除了勞動力被解放外，過往工廠經常仰仗水力運轉，在器械發明之後，工廠選址不必再依傍著河川溪流，土地使用也產生了巨大的變化。在一連串的演變過程中，人們的生活型態、經濟模式、文化、價值觀也都因此產生巨大改變。
而在晶片發明後，隨著技術不斷進展，體積小小的晶片，卻能讓電腦有遠比人腦還要高效率的運算能力，人類也逐步從「勞心的重複工作中逐步解放」。
隨著晶片的體積越來越小，性能越來越強大，價格也越來越便宜。電子設備、電腦變得輕巧便宜又普及，幾乎只要是需要電力驅動的裝置，就會裝著有如電器「心臟」的晶片。
也因此今日仰仗著電子用品的運轉的世界中，晶片的重要性也被比喻成為石油一般珍貴。
就如同蒸汽機發明影響了後續一連串的變革，晶片也不遑多讓，甚至對人們生活影響更加巨大，「晶片是第三次工業革命的關鍵因素」的說法於焉產生。
要了解晶片的發明以及他的重要性，我們必須先瞭解電子產品「心臟」演變史。
要讓單純的電流變成能夠傳送訊號，完成計算或是執行複雜程式指令，基礎來自於電流的開、關，以及放大與縮小。要做到這樣的控管，就需要電路中有個像是水龍頭一樣的開關作調節，這個水龍頭扮演著電子產品心臟的角色。而最早的心臟便是樣貌像是燈泡的真空管。
第一支真空管便是在1904年11月16日取得專利，由弗萊明John A. Fleming （1849-1945）發明，他成功使電流可以穩定單向的由真空管中傳導，而1906年，美國發明家德佛瑞斯特Lee De Forest（1873-1961）再進一步改良弗萊明的二極管，發明可以調整電流大小的三極管。
真空管的發明，也象徵著人們可以開始控制電流訊號驅使機器做更多工作，也因此電子產業就此誕生。
但真空管有著龐大、笨重、耗電量大、容易過熱燒毀的缺點，比如說1930年代富豪人家流行的豪華落地真空管收音機，上頭會警示，請使用者確保周遭不能有紙張或是易燃物，否則可能引發火災。
而真空管通電產生的熱能也令人困擾。尤其大型精密電腦中的真空管密佈聚集，在運作時過熱的高溫，甚至可能融化機組，讓精密設備變成廢鐵。
1950年代美軍與賓夕法尼亞大學合作的超級電腦ENIAC，運算速度等同於2400人同時作業，因此有「巨腦」的顯赫稱號。但巨腦的驚人潛力卻不太能完整發揮。
因為真空管電腦中密集的真空管在運轉時，同時會產生巨量的高溫，電腦承受不了高溫，每一天都會有幾個零件燒毀，幾乎半數的時間只能夠低速運轉。
ENIAC主要功能是為了計算彈道射擊位置的資訊，一天到晚不停故障真的不是辦法，為了解決真空管故障的問題，軍隊甚至派出士兵駐守在電腦的各個重要角落，並且配備完整的真空管零件，希望只要真空管燒毀的時候，就能即時發現故障位置並且快速更換，確保機器不要停擺。
但是人海戰術無法奏效。
因為ENIAC有一萬八千個真空管，沒有人知道哪一個真空管會在哪個特定時間故障。而且除了燒毀故障外，真空管運轉時所發出的光與熱，還會吸引趨光性的昆蟲前來，因此某些時候的停擺可能是因為昆蟲所致，也因此電腦故障稱之為「bug」，而排除電腦障礙被稱之為「debug」。
後來工程師發現在ENIAC開機暖機和關機冷卻的時候最容易損毀故障，為了減低開關電腦造成的損耗，因此即便ENIAC耗電量高達150千瓦，工程師寧可耗損可觀的電費，也不關機，才能將電腦的故障率降低到兩天一次。（ 據傳只要ENIAC開機運轉，ENIAC所在的費城全城的電燈會變暗。）
而團隊平均在故障發生的15分鐘內，才能定位找到損毀元件，進行修復。而最長連續運轉的時間大約接近五天（116個小時），這是現代難以想像的情形，卻是當時的日常。
無論是電器或是電腦，真空管帶來的正面影響也伴隨著大量的缺點，也因此電子產業的發展停滯不前，直至下一個世代的電器心臟發明到來。
下一篇文章我們將來認識電晶體的發明與他如何演變成晶片。
📰延伸閱讀：
Electronic Numerical Integrator and Computer Eniac Technical Manual
