Майкл Мэлоун - The Intel: как Роберт Нойс, Гордон Мур и Энди Гроув создали самую влиятельную компанию в мире
Цифровая электроника порой приводит в недоумение не только тех, кто не имеет отношения к технологической индустрии, но также и тех, кто непосредственно занят в ней. Это стало чувствоваться особенно остро с течением лет и ростом количества выпускаемой продукции и технического оснащения.
Спросите кого-нибудь, кто работает в сфере онлайн-игр или социальных сетей, как функционирует интегральная схема – элемент, от которого зависит работа этого человека, его нанимателя и всей индустрии в целом. Скорее всего, в ответ вы получите пустой взгляд и, возможно, невнятное бормотание по поводу «кремния» и «полупроводников». Это неудивительно: в конечном счете миры социальных сетей и программирования находятся на шестых или седьмых позициях в основном химическом процессе создания компьютерных чипов. Точно так же можно было бы спросить работника пражского «Макдоналдса», занимающегося приготовлением биг-маков, о корме, потребляемом коровами в Талсе, штат Оклахома.
Это справедливо и для медиа, даже для торговой прессы. Журналист, пишущий, скажем, исключительно о компании Apple и новом поколении iPhone, может не знать ничего о чипах внутри этого устройства, кроме, возможно, имени производителя его центрального процессора или микросхем памяти. Вот причина того, почему информация об индустрии полупроводникового материала встречается крайне редко вне пределов финансовых новостей. Большая часть мужчин и женщин, некогда следивших за новостями бизнеса, ушла в отставку, и теперь новое поколение репортеров, занимающихся технологией и бизнесом, чувствует себя намного более уверенно, рассказывая о Twitter или Facebook.
И жаль. Ведь именно поэтому производство полупроводникового материала более важно для современной глобальной экономики, чем когда бы то ни было: существование всех этих компаний (и тысяч им подобных) зависит от Интернета или сотовой связи, которые функционируют с помощью полупроводниковых компонентов. В отличие от своих предшественников, эти журналисты не следят за изменениями показателей отношений объемов поданных и выполненных заказов, и, как следствие, каждый подъем и спад технологической индустрии становится для них сюрпризом.
По этой причине нам стоит провести краткий урок или освежить знания о компьютерном чипе, интегральной схеме: как она производится, как работает, какие ее разновидности существуют и как они используются?
Родословное древо кремния
Электроника, как следует из названия, связана со свойствами каждого отдельного электрона (по сравнению с предшествующим ей электричеством, которое имеет дело с потоком огромного количества частиц).
В сердце всей электроники находится переключатель – причина существования самой науки, – и история электроники, по сути, является историей эволюции переключателя. Самые примитивные переключатели – механические. Это, к примеру, дверь на петлях, или большое устройство для смены стрелок железнодорожных путей, или даже муфта трансмиссии. Все они отвечают за процесс включения и выключения.
Электрический переключатель, как и выключатель света на стене, отключает и включает электрический ток. На настоящий момент в этой сфере мы находимся на техническом уровне 1840-х годов. Следующим значимым прорывом стал электромеханический переключатель, как, к примеру, телеграфный ключ, который использует электрический ток для создания магнитного поля, толкающего механический переключатель вперед и назад намного быстрее. Но все же вам вновь приходится применять физическую силу, а двигающиеся части механизма приходят в действие медленно, нагреваются и быстро изнашиваются.
За этим последовало изобретение в начале XX века первого электронного устройства, вакуумной трубки Audion. По существу, она представляла собой электрическую лампу вместе с вакуумом внутри, но на месте волоконного проводка, испускающего свет при пропускании через него электричества, был помещен эмиттер, выбрасывающий в пространство вокруг себя электроны, которые затем собирались коллектором.
Решающим моментом в использовании этого вакуумного прибора являлось то, что можно было сделать с полученным потоком электронов. Например, вы можете установить второй эмиттер из другого устройства в середине прибора, чтобы прибавить мощности потоку (усилитель), приостановить поток (с помощью резистора) или изменить частоту его повторения (вспомните: электроны являются в одно и то же время и частицами, и волнами, т. е. генератором). Или вы можете извлечь коллектор и дать эмиттеру свободно обстреливать стенки прибора электронами, которые при ударе будут возбуждать светочувствительный материал на плоской стенке, и… получите телевизор и радар.
К концу 1920-х годов вакуумные приборы использовались повсюду, особенно при создании радио. Но со временем проявились и их многочисленные ограничения. Прежде всего они были хрупкими. Много хлопот доставляли радио, оставленные в гостиной на столе, где их можно было легко задеть и уронить на пол. Еще хуже дело обстояло в местах с жесткими условиями, постоянной тряской – на боевых самолетах, в танках, на кораблях. Эти приборы быстро перегревались – в замкнутом, не проветриваемом помещении они могли легко сгореть. А так как выделенное тепло является отработанным продуктом электричества, содержание этих приборов было достаточно затратным. Что характерно, сам успех этих устройств повысил спрос на скоростное выполнение работ, которого приборы не могли достичь. Результат, воплощением которого стал гигантский, словно здание, компьютер ЭНИАК (горячий, как печь, и сосущий энергию из аккумулятора, сжигающий электролампы каждые пару секунд), показал, что эра вакуумных приборов подходит к концу.
Демонстрация полупроводниковых материалов стала настоящей эпифанией для Джона Бардина и Уолтера Бреттейна. Здесь был найден способ воспроизведения работы вакуумных устройств в прочном материале – так появилась «электроника устойчивого состояния». Полупроводники, с их возможностью пропускания основного потока и перекрывания его с помощью небольшого перпендикулярно идущего потока, прекрасно подходили на роль переключателей.
Транзисторы не имели подвижных частей, не были хрупкими, не расточали энергию, излучая тепло. Преимущественно из-за этих свойств транзисторы стали намного меньше, чем вакуумные приборы, и даже могли заряжаться от батарей. Они открыли потенциал нового мира портативной электронной продукции – образцовым достижением в этой отрасли стали широко популярные радиотранзисторы.
Транзистор, нашедший свое высшее воплощение в крошечной металлической коробке, соединенной с тремя ножками выводных контактов, произвел революцию. Все созданные ранее электрические приборы могли быть усовершенствованы при помощи замены их вакуумных трубок транзисторами, сами устройства стали более подходящими в сфере авиа– и ракетостроения.
