Читать книгу Война чипов. Борьба за самую важную технологию в мире. Крис Миллер. Саммари - Smart Reading, Ольга Ганкова - Страница 3

В поисках нового решения

Эта история началась в 1945 году. Только что отгремела Вторая мировая война. Решающую роль в ней сыграло железо, вернее – сталь, из которой были сделаны танки и самолеты. Однако все больше ученых задумывались над тем, что в войнах будущего – да и во всех остальных сферах жизни – решающее значение будет иметь умное железо. Наступала эпоха компьютеров.

Электронные сигналы в первых устройствах обрабатывались с помощью вакуумных трубок. Хрупкие стеклянные трубки были единственным, но не слишком удобным решением. И вот физик Уильям Шокли, служащий в корпорации Bell Labs в штате Нью-Джерси, решил создать другой проводник тока.

Вернее, полупроводник: поток электронов в электрической цепи должен быть определенной мощности, иначе устройство не будет работать. Для этого годился кремний: если поместить кусочек этого материала в электрическое поле, оно притянет имеющиеся в нем свободные электроны и край полупроводника проведет ток.

Идея была хороша, однако у Шокли никак не получалось измерить результаты. Он не подозревал, что ток все-таки возникает, просто приборы слишком маломощны, чтобы его уловить. После безуспешной серии опытов он передал эту задачу двум своим подчиненным, Джону Бардину и Уолтеру Браттейну.

Те решили, что кремний не очень годится для опытов: он хрупкий и не всегда качественно очищенный. Что, если заменить его германием? У этого элемента на один энергетический уровень больше, и электричество он проводит лучше.

В конце 1947 года Браттейн и Бардин создали первый в мире германиевый твердотельный усилитель, названным ими транзистором.

Шокли, который не имел к разработке германиевого транзистора прямого отношения (а в момент его создания и вовсе находился в другой стране), был очень раздосадован. Он устроил шумную пиаракцию, приложив все усилия для того, чтобы именно его, а не подчиненных считали создателем важной новинки. Даже вынудил Бардина перейти в другую лабораторию – тот позже вообще забросил тему полупроводников.

Впрочем, у истории счастливый финал: в 1956 году все трое были удостоены Нобелевской премии по физике. Это один из немногих случаев, когда нобелевский комитет отметил достижение прикладной, а не теоретической науки.

Интегральная схема

Если первый транзистор был создан из германия, почему знаменитая долина зовется Кремниевой, а не Германиевой[1]? Увы, германий оказался весьма капризным материалом – быстро перегревался. Для массового производства это не годилось. Кремний же был менее прихотлив и вдобавок дешев.

Но возникла еще одна проблема. Компьютеру требуется не один и не два, а сотни транзисторов. Провода, которые соединяют их, в конце концов превращаются в запутанные клубки. Как с этим быть? И вот на сцене появляется еще один технический гений – Джек Килби, инженер Texas Instruments.

Летом 1958 года у Килби нашлась пара свободных недель, чтобы посвятить время решению этой проблемы. И он его нашел. Что, если не создавать каждый транзистор на отдельном фрагменте кремния, а вырезать несколько транзисторов на одном куске полупроводникового материала?

Это устройство Килби назвал интегральной схемой, а мы сегодня называем чипами. В прикладной науке произошла очередная революция.

Рождение Силиконовой долины

Примерно в то же время группа из восьми инженеров, работавших в калифорнийской лаборатории полупроводников под руководством того самого Шокли, решила расстаться со своим боссом. Увы, Шокли был ярким ученым, но несносным человеком. Эти инженеры решили основать собственную компанию Fairchild Semiconductor. Именно с нее началась Силиконовая долина.

Научной частью Fairchild стал руководить Говард Мур, автор закона Мура, о котором еще пойдет речь. А ключевую роль в будущем чипов сыграл Боб Нойс – человек, который знал, как соединить физику и коммерцию. Нойс одновременно с Килби пришел к идее интегральной схемы и запатентовал ее. Это даже стало предметом судебной тяжбы. Впрочем, в 1966 году Texas Instruments и Fairchild поделились друг с другом лицензиями на производство. А Килби в 2000 году получил Нобелевскую премию за изобретение интегральной схемы. Таким образом, никто в этой запутанной истории все-таки не оказался забытым. Кроме капризного германия.

Как подковать блоху

Осенью 1957 года СССР запустил первый искусственный спутник. Соперничество в космосе стало самым острым политическим вопросом двух сверхдержав. Это было то, что нужно Бобу Нойсу и его компании.

Первый крупный заказ на чипы для Fairchild поступил от НАСА, которое готовило полет на Луну[2]. Именно благодаря компактным микросхемам компьютер, управлявший «Аполлоном-11», весил всего 70 фунтов – в тысячу раз меньше, чем компьютер ENIAC, рассчитывавший артиллерийские траектории во время Второй мировой войны. Кроме того, количество отказов нового оборудования было минимальным. Лучшей рекламы для чипов нельзя было и придумать.

Texas Instruments, на которую работал Килби, тоже стала сотрудничать с Пентагоном. Предметом сделки были интегральные схемы для ядерных ракет – военные, само собой, были заинтересованы в их максимальной точности. Чем больше накалялись отношения между США и СССР, тем лучше шли дела у Texas Instruments.

Для обеих компаний быстро встал вопрос массового производства чипов. Чем они меньше, тем тоньше работа – все равно что подковывать блоху. Решением стала фотолитография. Суть метода в том, что сначала создается изображение нужной схемы сборки, а затем оно переносится на подготовленный образец. Метод был запатентован в конце 1950-х годов и пришелся очень вовремя.

Конечно, сказать проще, чем сделать. Электрическая блоха подковываться не желала – на микроуровне делу начинали мешать разнообразные микропричины вплоть до ничтожного колебания температуры. Сотрудники Texas Instruments провели тысячи изнуряющих экспериментов с постоянными корректировками. Но они действовали в верном направлении, и лучшее доказательство тому – устройство, с которого вы читаете этот текст.