474

Микросхемная война (1)

Мы, как будто незаметно для себя, вошли в новую эру. Эру полупроводников. Без электронных технологий наша жизнь сегодня стала буквально немыслима. Впрочем, не только жизнь. Смерть тоже. Американские фрегаты бороздят воды Тайваньского пролива не просто так. Сверхдержавы ведут торговые войны, пытаясь замедлить технологический прогресс друг у друга. Накладывают ся санкции на Хуавей, который «осмелился» подорвать доминирование Америки в мировой технической инфраструктуре. Оказалось, что флагман 5G-технологии фатально зависим от иностранных производителей маленьких чёрненьких чипов, которыми кишат его собственные устройства. И сегодня лучшие умы и обильные капиталы Поднебесной поставлены на решение задачи строительства своей полупроводниковой технологии, чтобы избавиться от удушающей хватки США. Исход Второй мировой решали сталь и алюминий. Холодная война определялась атомным оружием. Современное соперничество США и КНР проходит под знаком вычислительных мощностей.

Микросхемная война (1) Книги, Обзор книг, История, Электроника, Микросхема, Кремниевая Долина, Научпоп, Нон-фикшн, Длиннопост

Микросхемная война. Битва за самую критичную технологию мира.


Книгу написал американский историк Крис Миллер, и сделал это весьма профессионально. Читается на одном дыхании, доступна, хорошо проработана, а главное: написана максимум непредвзято

.

Автор начинает свою историческую книгу с современных событий. Военное превосходство американцев базируется в наши дни в основном на возможности применить микросхемы для военных целей. Входя в Тайваньский пролив 18 апреля 2020 года, эскадренный миноносец USS Mustin имел справа по борту заводские корпуса TSMC, где делают микрочипы с непревзойдённой никем точностью. Их процессор А14 из двенадцатого айфона содержит 11,8 миллиардов транзисторов.


Когда-то это число было невелико. В 1961 году малоизвестный стартап Fairchild Semiconductor объявил о новом продукте под названием Micrologic с четырьмя транзисторами на подложке. Потом научились упаковывать туда десяток, сотню. Один из основателей фирмы, Гордон Мур, предположил, что число транзисторов на микросхеме будет удваиваться каждый год по мере улучшения технологии. Это предположение окрестили законом Мура. Закон преобразил нашу жизнь. Число транзисторов в схеме продолжает расти экспоненциально вот уже более полувека. Помогает расти далеко не только научный прогресс, но и неустанное снижение издержек производства, логистика и маркетинг.


Технологии эти появились, вызрели и по-прежнему генерируются в Кремниевой долине. США с помощью научных знаний, обильного госфинансирования и привлечённых специалистов стали во главе процесса, опирающегося и на крупнейший потребительский рынок мира. Другие страны не смогли удержать темп, но достигли успеха, интегрируясь в производственные цепочки с американцами. Европа умеет делать станки для печати, как никто другой. Азиаты не жалели поддержки своим производителям, которых не побить в плане эффективности. И все вместе объединены в единую сеть, опутывающую весь мир.


Типичная микросхема может быть спроектирована инженерами японской фирмы в Калифорнии и Израиле с помощью американского софта. Делать её могут на Тайване, который закупает сверхчистые матрицы и газы в Японии. Станки на тайваньском заводе могут стоять японские, голландские или американские. Тестируют готовые микросхемы где-нибудь в Юго-Восточной Азии, а уже в смартфон или компьютер они вставляются на китайском заводе. Несмотря на это географическое многообразие, число производителей весьма ограничено. Куда там ОПЕК с его 40% долей мирового рынка, когда голландский ASML имеет все сто в своём сегменте!


Этот триумф эффективности имеет уязвимость как обратную сторону. Её наглядно продемонстрировали логистические проблемы во время пандемии коронавируса. Концентрация производства на Тайване представляет собой гордиев узел современности, который трудно распутать без того, чтобы зажечь пожар войны.


Идея облегчить себе расчёты с помощью устройств не нова. Люди испокон веков пользуются пальцами, счётами и прочей механикой. Сводят результаты вычислений в таблицы, чтобы не считать одно и то же несколько раз. Но спрос на вычисления всё растёт, и в годы Второй мировой инженеры отважились заменить металл вакуумными лампами. В электронной лампе ток течёт или не течёт. Похожим образом бусинка счётов сдвинута влево или вправо. Но лампа обеспечивает такое свойство, которого нет в механике: программируемость. Палочки счётов невозможно сдвигать или менять местами, в то время, как ток может идти по разным цепям, включаемым или отключаемым с помощью триодов.

Микросхемная война (1) Книги, Обзор книг, История, Электроника, Микросхема, Кремниевая Долина, Научпоп, Нон-фикшн, Длиннопост

Древний компьютерный баг


Тёплые лампы были ненадёжными устройствами, постоянно перегревающимися, привлекающими жуков и соответственно требующих регулярной отладки, которую на английском языке по сей день называют по традиции debugging. Но именно 18 тысяч ламп в составе первого компьютера ENIAC позволили американцам рассчитать артиллерийские траектории своих орудий в ту войну.

Микросхемная война (1) Книги, Обзор книг, История, Электроника, Микросхема, Кремниевая Долина, Научпоп, Нон-фикшн, Длиннопост

ENIAC


Недостатки вакуумной лампы вознамерился исправить Уильям Шокли. Этот заносчивый ботаник решил поставить на полупроводники, которые вообще-то ток не проводят, но если добавить определённых материалов, то ток всё-таки может потечь. Надо сказать, что у него не получилось воспроизвести триод. Но получилось у двоих его более покладистых, но дотошных коллег – Браттейна и Бардина. Они создали первый в мире транзистор: устройство, в котором подача невысокого напряжения на базу заставляет течь сильный ток между эмиттером и коллектором.


Озлобленный Шокли понял, что у него прямо из-под носа увели открытие, и ринулся оптимизировать, придумав свой, более совершенный транзистор. Он понял, что можно использовать не только как усилитель, но и как электронный ключ. Но даже он не мог себе представить грядущей популярности этого устройства. Хоть и собрался делать лучшие в мире транзисторы, обзаведясь лицензией. А также талантливыми сотрудниками в свою лабораторию.


Талантливыми, но непокорными диктату начальника. Восьмеро из них организовало бунт и ушло из лаборатории. Получив деньги у одного из миллионеров, они организовали Fairchild, задавшую моду на рынке в шестидесятых. В то время, как работавший на Texas Instruments Джек Килби придумал собирать несколько компонентов на одном куске полупроводника (и назвал получившееся «интегральной схемой»), Роберт Нойс с коллегами из Fairchild подобрали оптимальный материал и технологию: кремний со слоями из оксидной плёнки и металла. Металл допускался до подложки из кремния только через контактные окна, вырезанные в оксидном слое.

Микросхемная война (1) Книги, Обзор книг, История, Электроника, Микросхема, Кремниевая Долина, Научпоп, Нон-фикшн, Длиннопост

Изготовление транзистора по планарной технологии


Получившийся дизайн не содержал проводов и делал возможной непрестанную минитюаризацию. Чем и занялись Нойс с Муром в составе Fairchild. Нелишне упомянуть, что экономия места – не единственное преимущество мини-устройств. Не менее важно и то, что эти устройства потребляют меньше энергии, а также гораздо реже выходят из строя.


Но где найти рынок для нового продукта? Кто отчаянно нуждается в экономии места и энергии, а также имеет достаточно денег в своём распоряжении? Ракетчики! Решение президента Кеннеди отправить человека на Луну послужило трамплином для новой компании. Бортовой компьютер «Аполлона» сэкономил как минимум 30% места и веса, уместившись в саквояж. Бабло пошло!


Но НАСА не мыслилась Farchild главным своим клиентом. Целью был массовый рынок. И потому Нойс решил резко снизить цены, буквально на порядок. Продукция, им предлагаемая, уже не была ноунеймом. Она выдержала суровую проверку внешним космосом. Это было хорошей рекламой и для микросхем Джека Килби, который получил деньги Пентагона для начинки межконтинентальных ракет Минитмен-II. Килби использовал в своих микросхемах фотолитографию для проделывания контактных окон.


Принцип базировался на химикатах фирмы Кодак, которые испарялись при воздействии света. Источник света он поместил со стороны объектива микроскопа, получив на другом конце тонкий пучок света. Этот пучок был не сплошным: на лампу был наложен шаблон в соответствии рисунком прожига контактных окон. В результате, попав на слой фоторезиста, пучки света ложились нужным узором, проделывая в нём отверстия.

Микросхемная война (1) Книги, Обзор книг, История, Электроника, Микросхема, Кремниевая Долина, Научпоп, Нон-фикшн, Длиннопост

Схема основных этапов процесса фотолитографии


Фотолитография обеспечила массовое производство микросхем для наращивания ракетных арсеналов Пентагона. Правда, процент брака был существенным. Снизить его помог молодой китаец, прибывший из Гонконга. Звали его Моррис Чанг. Этот Моррис сделал потом значимую карьеру в Texas Instruments. Но и у Fairchild были свои инженеры-эмигранты, неустанно улучшающие технологию, такие, как Эндрю Гроув.


Так трудом учёных и инженеров микросхема вышла в мир. Как я уже писал выше, чисто военными приложениями её не собирались ограничивать, хоть в 1965 году Пентагон и НАСА забирали 95% выпуска. В этом же году Гордон Мур сделал своё знаменитое предсказание, которое стало сбываться, уменьшая размер (и стоимость) транзисторов. И когда Fairchild уронил цены на порядок, их микросхемы стал брать гражданский клиент. Появился новый быстрорастущий рынок компьютеров. Кремниевая долина избавилась от диктата военных и обрела крылья. А инженерам из непокорной восьмёрки стало тесно работать на хозяина Fairchild, не дававшего войти в долю. Они стали покидать коридоры компании. В качестве обоснования один их увольнявшихся написал:

I… WANT… TO… GET… RICH.

Книжная лига

16.6K постов68.6K подписчиков

Добавить пост

Правила сообщества

Мы не тоталитаристы, здесь всегда рады новым людям и обсуждениям, где соблюдаются нормы приличия и взаимоуважения.


ВАЖНЫЕ ПРАВИЛА

При создании поста обязательно ставьте следующие теги:


«Ищу книгу» — если хотите найти информацию об интересующей вас книге. Если вы нашли желаемую книгу, пропишите в названии поста [Найдено], а в самом посте укажите ссылку на комментарий с ответом или укажите название книги. Это будет полезно и интересно тем, кого также заинтересовала книга;


«Посоветуйте книгу» — пикабушники с удовольствием порекомендуют вам отличные произведения известных и не очень писателей;


«Самиздат» — на ваш страх и риск можете выложить свою книгу или рассказ, но не пробы пера, а законченные произведения. Для конкретной критики советуем лучше публиковаться в тематическом сообществе «Авторские истории».


Частое несоблюдение правил может в завлечь вас в игнор-лист сообщества, будьте осторожны.


ВНИМАНИЕ. Раздача и публикация ссылок на скачивание книг запрещены по требованию Роскомнадзора.

Подробнее