Продолжаем знакомиться с книгой Криса Миллера "Микросхемная война. Битва за самую критичную технологию мира".

Ссылка на всю серию

Хоть полупроводниковая индустрия – детище Кремниевой долины, в других частях света тоже не обошлось без событий. Советские студенты в рамках обмена знакомились с прорывными новшествами. Преимуществами полупроводников заинтересовались оборонщики и, как следствие, КГБ. С начала пятидесятых в стране заложили основы микроэлектронной промышленности. На рижском заводе полупроводниковых приборов получил свою первую должность Юрий Осокин, который был третьим в мире после Килби и Нойса, кто разработал интегральную схему. Главный электронщик страны Шокин вложил в голову Хрущёва мысль, что догонять и перегонять Америку надо и в микроэлектронике.

Догонять помогали двое вовремя сбежавших из Штатов советских агентов: Иосиф Берг и Филипп Старос. Вдвоём они создали первую советскую ЭВМ УМ-1. На их успехи обратил внимание Шокин, который скооперировался с ними, чтобы убедить Хрущёва построить целый город для производства полупроводников. Так Зеленоград стал центром не текстильной, а электронной промышленности Союза. Заводские корпуса в новом городе соседствовали с аудиториями МИЭТ, библиотеками, детскими садами и поликлиникой.Всё, что душа пожелает.

Примерно в одно время с принятием решения о специализации Зеленограда Шокину принесли свежевывезенную из Штатов микросхему SN-51. Начальник приказал скопировать её безо всяких отклонений. Так и советская электронная программа развивалась по сценарию копирования западных микросхем, несмотря на то, что знаний и умений у советских инженеров хватало. Стратегия была заведомо проигрышная.

Во-первых, несмотря на весь объём этих знаний и умений, чего-то всегда не хватало, и это что-то американцы могли поискать в других западных странах, а также других индустриях. Советская промышленность явно была послабее в этом плане, а торговые ограничения Коком вынуждали заниматься промышленным шпионажем. Во-вторых, даже шпионаж не позволял достать всё необходимое ноухау, которое даже не всегда было записано на бумаге. В-третьих, в условиях столь стремительного технического прогресса копирование было малоэффективно. Только срисовали прошлогодний дизайн – а проклятые буржуины уже следующее поколение в серию ставят. СССР стартовал, таким образом, с несколькими годами опоздания и никогда не смог догнать Америку в полупроводниках. Как результат, прогрессивный Зеленоград стал по сути хромым филиалом Кремниевой долины.

Там, где обмен информацией был налажен, прогресс был более ощутим. Сеть микроэлектроники со Штатами в центре включала в себя очень успешный японский узел. Экономика Японии с момента поражения в войне оказалась прочно привязана к экономике США. Американцы рассудили, что безопаснее иметь дело с сильной, чем со слабой Японией, которая могла бы попасть под влияние коммунистов. Они обеспечивали японцев научно-технической литературой, учили у себя их студентов, отправляли туда своих учёных делиться опытом. В апреле 1946 года, когда страна всё ещё лежала в руинах, молодой инженер Акио Морита скооперировался с коллегой Масару Ибукой, чтобы организовать электротехнический бизнес.

Их первым творением была рисоварка, которая получилась не очень. А вот магнитофоны продавались хорошо. Пару лет спустя Морита прочитал об изобретении транзистора и сразу понял потенциал новой технологии. Он отправился в Штаты за лицензией на производство и получил её. Страна поразила его широкими пространствами и исключительным богатством. Целью стало не то, что ему предложили управляющие AT&T (слуховой аппарат), а завоевание рынка потребительской электроники не только в Японии, но и в самих США. Стратегия лицензирования оказалась успешнее советского копирования. Японцы взяли дешёвым трудом, жёсткой производственной дисциплиной и безжалостной эффективностью производства. Компания Мориты, которую назвали по латинскому слову sonus и американской кличке sonny, набила руку не только в проектировании микросхем, но и во всевозможной бытовой технике, приспосабливая при этом электронику по месту применения. Маркетологи Texas Instruments (TI) не захотели делать электронный калькулятор с неясными перспективами сбыта. Японский Sharp Electronics взял калифорнийские чипы и смастерил из них непобиваемое по простоте и цене устройство, которое принесло мировой успех.

Между обеими странами сформировался полупроводниковый симбиоз. Каждая опиралась на поставщиков и клиентуру из другой. В середине шестидесятых японцы обогнали Штаты в производстве цифровых транзисторов. В то же время американцы делали наиболее продвинутые микросхемы. Они же делали непревзойдённые компьютеры, но в бытовой электронике побить Sony и Sharp было невозможно. Конечно, не обошлось без опасений, что японцы выйдут когда-нибудь из-под контроля. Но американцы знали, что если японцам не дать того, что они хотят, те могут обратиться к ненавистным коммунистам. Прошли годы – и TI стали делать свои микросхемы не где-нибудь, а на заводах Sony.

Осуществить закон Мура – непростое занятие. Оно подразумевает снижение издержек на труд. Калифорния – не лучшее место для поиска дешёвой рабочей силы. Даже в беднейших углах США на зарплаты уходило непозволительно много. Роберт Нойс вложился в радиозавод в Гонконге – там за одну американскую зарплату можно было нанять десяток рабочих. Более того, эти рабочие были и проворнее, и более мотивированы на монотонный труд. И вот уже в 1963 году Fairchild строит завод в Гонконге, где собирает 120 миллионов устройств. Качество было превосходным: инженеры тоже стоили недорого, и потому их можно было нанять больше. Другие фирмы, такие как TI и Motorola, недолго оставались в стороне. Менеджеры стали смотреть и в другие страны Юго-Восточной Азии: да, 25 центов в час в Гонконге – немного, но на Тайване брали 19, в Малайзии – 15, в Сингапуре – 11, а в Южной Корее – 10. Безжалостная логика капитализма: рыба ищет, где глубже, а буржуин – где дешевше. Немного спустя, заводы Fairchild заработали в Сингапуре и в Малайзии, а TI зашёл на Тайвань. Моррис Чанг заехал на родину в Китай, хоть и не на материк. Тамошнее руководство вряд ли надеялось, что американцы станут защищать их остров сам по себе. Но они справедливо рассудили, что те могут вступиться за свои фирмы, построившие там заводы. Вокруг этих заводов нарастёт новая мощная индустрия, а сам Тайвань добьётся глубокой экономической интеграции со Штатами. Так в конце концов и вышло. TI работает на острове до сих пор, а Тайвань остаётся незаменимым партнёром Кремниевой долины.

Малайзийская сборка на заводе Intel в 1972 году.

К концу семидесятых американская индустрия микроэлектроники обеспечила занятостью десятки тысяч работников в Юго-Восточной Азии. Эти локации стали мечтой капиталиста. Чарли Спорк, съевший собаку на трудовых отношениях в американских полупроводниках, выразился ёмко и понятно:

У нас были проблемы с профсоюзами в Кремниевой долине. У нас никогда не было малейших проблем с профсоюзами на Востоке.

Шестидесятые – это годы войны во Вьетнаме. Американцы, несмотря на всё преимущество, поимели там ряд технических проблем. Ракеты «воздух-воздух» часто выходили из строя по причине ламповой техники в системах их управления. Самой большой проблемой была невысокая точность бомбометания, которая измерялась в километрах. С имеющейся техникой было легче попасть в Москву из Монтаны, чем в грузовик с летящего над ним бомбардировщика. Американцы сбросили свыше восьмиста бомб на мост Пасть Дракона, а тот всё ещё стоял. Здесь на помощь пришли инженеры TI, которые предложили приделать крылышки и добавить лазерную наводку для существующих бомб. 13 мая 1972 года американцы сбросили 24 бомбы, и цель была поражена.

Хамжонг после поражения авиабомбами.

Хотя обратить на свою сторону удачу во вьетнамской войне это не помогло, это стало поворотной вехой в ведении военных действий. Именно тогда началась современная война.

1968 год вошёл в историю не только студенческими бунтами, но и бунтом инженеров и менеджеров Fairchild, которые ушли в своё время от Шокли и которым стало напряжно работать на хозяина, не желающего делиться долями предприятия. Роберт Нойс, Гордон Мур и другие сподвижники ушли и организовали своё дело под названием Integrated Electronics или Intel. Новая фирма стала делать новую продукцию: емкостные карты памяти DRAM.

Распространённая в те годы ферритовая память упиралась в механические ограничения и не позволяла дальнейшей минитюаризации. То ли дело транзистор в паре с конденсатором, которые составили ячейку новой памяти. Кондиор заряжен – единица, разряжен – нолик. Всё просто и всё уменьшается до микроскопических размеров. Неспроста новая фирма решила вложиться в этот сегмент рынка: память нужна всюду, в любом устройстве. Большой рынок давал шанс воспользоваться эффектом масштаба и снизить себестоимость.

Этот же рынок дал идею ещё одной ключевой специализации новой компании. Японцы попросили Нойса сконструировать комплект из двенадцати сложных микросхем для своего новейшего калькулятора. Это показалось довольно сложным для нашего стартапа. А не дешевле ли сконструировать универсальную схему и дать ей памяти, куда можно было бы прописывать программу для специализации? В конце концов никто не мог делать память лучше Интела. Так родилась идея для первого микропроцессора Intel 4004, который на самом деле не был первым: похожее устройство был уже в секретной начинке истребителя F-14.

Intel 4004

Связка процессора с памятью совершила революцию. Это поняли менеджеры Интел и это же пророчил компьютерный гуру Карвер Мид в 1972 году:

В следующие десять лет каждый аспект нашего общества будет в той или иной степени автоматизирован... Реальное преимущество в том, что мы можем иметь крошечный компьютер глубоко внутри нашего телефона, нашей стиральной машины, нашего авто... Мы так привязаны к идее большой вычислительной машины, что до сих пор не видим реальной силы новой техники – усиленной в 10000 раз способности справляться с логикой. Компьютерная мощность прёт у нас из ушей.

Гордон Мур был прав: реальные революционерами были они, а не патлатые студенты, ломавшие мебель в аудиториях несколько лет до того.

Первым воспользоваться плодами революции поспешил, конечно же, Пентагон. Его аналитики пришли к выводу, что тягаться с Советским Союзом становится трудно. Военное преимущество оказалось потеряно после десятилетия бесцельных войн в Юго-Восточной Азии. К началу семидесятых Союз накопил достаточно ракет, чтобы обеспечить взаимное гарантированное уничтожение. Танков и самолётов у него было больше, и это добро было в непосредственной близости от вероятного театра военных действий в Европе. Единственным ответом на это количественное превосходство должно было быть превосходство качественное. Превосходство, которое неизбежно должно базироваться на компьютерах. Они должны обеспечить быстрый сбор информации, продвинутое управление войсками и наведение ракет. Если будущее войны станет соревнованием в точности, Советы останутся далеко позади. Перспектива нападения тысяч управляемых ракет не только делала СССР уязвимым, но и втягивала его в разорительную гонку вооружений по их отражению.

Для этого на тот момент футуристического видения новые процессоры и память пришлись как нельзя кстати. Микропроцессорные, а не ламповые ракеты, спутниковая группировка для обеспечения позиционирования и, главное, новое поколение микросхем – стали приоритетами американского военного ведомства. Пентагон вложился в высокоточное оружие разного рода, сенсоры, связь. Без этого всего, например, была невозможна эффективная противолодочная борьба. Специальная программа под эгидой оборонного агенства DARPA была направлена на интеграцию новой техники в единые системы. Радар обнаруживал цель и передавал информацию в вычислительный центр, который собирал данные и от других систем и целеуказание ракетам наземного базирования. Снижаясь, ракеты выпускали боеголовки, каждая со своим наведением. Это давало возможность обсуждать уже автоматизированные военные действия с вычислительными мощностями, распределёнными между индивидуальными системами на невиданном доселе уровне.

И всё это должен был обеспечить Закон Мура. Однако чтобы он заработал, нужны были капиталовложения, обеспечить которые Пентагон всё же не был не в состоянии. Эти деньги можно было заработать только на глобальных потребительских рынках. Пентагон проиграл войну во Вьетнаме, но электронная промышленность выиграла мир, привязав остальную Юго-Восточную Азию путём инвестиций и производственных цепочек.

----------------------------------------

Были ли шансы у Советского Союза в этой гонке? Вряд ли. Я думаю, что здесь решила масса. Ресурсы. Первый транзистор мог придумать Абрам Фёдорович Иоффе, но ему пришлось «отвлечься» на атомную бомбу. Смогли бы мы делать свои микросхемы, не копируя один в один? Смогли бы. Я бы не стал валить на Шокина его решение скопировать украденную с Запада микросхему. В конце концов, Королёв начал тоже с копирования немецкого оружия возмездия V-2. Но отставил её в сторону и стал заниматься своими разработками. В микроэлектронике же решение зарубить собственные линейки ЭВМ был принято решением Совета Министров в конце шестидесятых. Вот и пошли серии ЕС, содранные у IBM и СМ - у Digital.

Но была бы наша техника на том же уровне, что и американская? Опять вряд ли. И автор об этом писал. Не хватало умов, рук, и главное – мирового рынка, который бы купил всё разработанное, а также снабдил идеями, патентами и технологиями. До появления IBM PC можно было бы вполне себе тягаться на уровне с другими, а потом дуба дала не только советская электроника, но и программы других капиталистических стран типа Франции или Бразилии, которые тоже строили себе компьютеры. И не имели при этом торговых ограничений.

Дело решила концентрация производства в условиях глобального рынка. Микроэлектроника - эта отрасль с высокоспециализированными продуктами. Купив и внедрив изделие, потом трудно перейти на другого производителя. Потому и войны стандартов. Кто их определяет, тот забирает себе весь рынок. The winner takes it all. В таких обстоятельствах решает технологическое лидерство, пусть даже в пределах ограниченного времени. Или даже просто случай. Вряд ли процессор 8088, и уж тем более MS-DOS, которую Гейтс купил у третьей фирмы, были лучше изделий конкурентов. Тем не менее, решение IBM открыть свою архитектуру обанкротило конкурентов Intel и Microsoft. Так и советская микроэлектроника, имевшая шансы до появления персонального компьютера, совсем не имела их после. Но я бы не стал бы писать, вслед за Голдманом, что отставание в компьютерах погубило Союз. Союз развалился раньше, чем это отставание начало серьёзно мешать. Впрочем, это уже совсем другая история...

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. 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.

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.

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.

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.

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.

Друзья! Срочно откладываем дела и составляем список сериалов к просмотру!

Какие сериалы из новой подборки импортозамещения посмотрите вы?

Сбрендил для вас,

Антон Логотиппер

Мои сообщества:

Telegram Брендинга на грани

ВК Брендинга на грани

Telegram Logotipper.Agency

ВК Logotipper.Agency