ИСТОРИЯ РАДИО В ИМЕНАХ

На пути к современному радио

МНЕ ОТДАТЬ ДЕНЬГИ ВАМ ИЛИ ВАШЕЙ ВДОВЕ?..

Эдвин Говард Армстронг (Edwin Howard Armstrong), 1890–1954

Эдвин Говард Армстронг – американский изобретатель и инженер-электрик, внесший фундаментальный вклад в развитие радиотехники. Наиболее значимые изобретения Армстронга – супергетеродинный приемник, частотная модуляция и регенеративная схема (положительная обратная связь).

С присущей юношескому возрасту энергией Эдвин любил девушек, но ему катастрофически не хватало времени на свидания. Он легкомысленно гонял на красном мотоцикле, но при этом с упорством впитывал знания в Колумбийском университете, подвергая сомнению, зачастую ошибочно, высказывания преподавателей. Он любил лазать по деревьям и висеть на ступнях лестниц вниз головой… Он был обычным юношей, отличаясь от других лишь тем, что с юных лет страстно увлекался радиотехникой.

Армстронг не изобрел радио, но в 1912 г., в возрасте 22 лет, он разобрался, как работает электронная лампа де Фореста и попробовал подключить ее необычным способом. Он подал электрический сигнал, полученный с выхода усилительной лампы, обратно на вход. Когда уровень обратной связи превышал критический уровень, в электронной лампе происходило не только усиление радиосигналов, но и их генерация. Армстронг назвал это явление «регенерацией» и оно стало весьма важным открытием в радиотехнике. Армстронг заставил работать аудион Фореста как в приемнике, так и в передатчике. Это на первый взгляд небольшое новшество позволило избавиться от многотонных генераторов переменного тока и значительно повысило возможный диапазон радиочастот. Армстронг запатентовал свое открытие в 1913 г. и лицензировал его компании Маркони в 1914 г.

На фронтах первой мировой войны в Западной Европе капитан Армстронг с удивлением обнаружил, что Американский экспедиционный корпус очень слабо оснащен радиосредствами. Практически в одиночку Армстронг постарался исправить ситуацию. Он лично снабжал радиооборудованием союзнические воздушные силы, зачастую самостоятельно усовершенствуя и испытывая аппаратуру непосредственно перед применением.

В военные годы Армстронг изобрел устройство, названное странным словом «супергетеродин» – сложный продукт электронного «колдовства», с тех пор ставший основой подавляющего большинства радиоприемных устройств. Он продал права на изобретения крупнейшим корпорациям США и внезапно на радиобуме 20-х годов стал миллионером. Именно благодаря патенту супергетеродинного приемника Армстронга, компания «Westinghouse» в 1920 г. запустила первую вещательную радиостанцию KDKA в Питсбурге. Ли де Форест, известный изобретатель и скандалист, возразил. Он заявил, что регенерация была его идеей, и подал иск о нарушении патентных прав. Форест проиграл дело, но еще 14 лет преследовал Армстронга в судебных тяжбах. Неизменно проигрывая, однажды, по недоразумению, он выиграл дело в Верховном суде – к сожалению ученых, инженеров и многочисленных сторонников Армстронга судья Верховного суда неправильно истолковал обращение и вынес решение в пользу де Фореста.

Корпорация RCA не поддержала Армстронга в судебных тяжбах, несмотря на то, что именно благодаря изобретателю была создана радиопромышленность, которая в 1934 г. во время Великой депрессии, оценивалась почти в 2 млрд. долларов. Члены RCA, такие как Zenith, Philco, Magnavox, Motorola и Crosley получали фантастические прибыли, используя изобретения Армстронга.

Несмотря на судебные тяжбы, Армстронг продолжал изобретать. Он начал работы над уменьшением статических помех, экспериментируя с новым по тем временам принципом передачи радиосигнала. Позже этот принцип станет известен как частотная модуляция. Эксперт из «Bell Laboratories» Джон Карсон (John Carson) безапелляционно заявил: «Я математически доказал, что этот тип модуляции дает неприемлемые искажения без каких-либо преимуществ. Статические помехи, как и бедность, будут всегда с нами». Армстронг парировал: «Я никогда не мог принять результаты, основанные исключительно на выводах одной из наук. Это невежество, которое вызывает все неприятности в этом мире». Карсон своими высказываниями оказал Армстронгу неожиданную услугу – другие исследователи отказались от работ над частотной модуляцией, оставив Армстронгу «чистое поле».


Эдвин Армстронг объясняет принципы своего последнего изобретения – «суперрегенерации», на встрече с членами Радио Клуба Америки в Колумбийском Университете, Нью-Йорк, 1922 г.

Первые испытания нового принципа радиопередачи проходили 9 июня 1934 г. В Нью-Йорке с мачты корпорации RCA на крыше Empire State Building передавалась органная музыка с амплитудной и частотной модуляцией. Сигналы принимались в доме старого друга Армстронга на Лонг-Айленде. Частотно-модулированное звучание органа было громким и чистым, а сигнал с амплитудной модуляцией оказался в «сотни тысяч раз более зашумленным».

В течение сезона «летней статики» (атмосферные помехи, уровень которых летом повышается вследствие грозовой активности) он провел другие испытания на более дальних расстояниях. Результаты экспериментов были великолепны. Частотная модуляция не только устраняла статический шум, но и обеспечивала более качественный звук, передавая сигналы в диапазоне полной слышимости человеческого уха – от глубокого рокота барабана до тонких трелей флейты (т.е. от 50 до 15 000 кГц, в то время как верхняя планка частот АМ сигнала в то время достигала в лучшем случае 5 000 Гц). Уровень приема ЧМ сигнала во всей зоне охвата практически не менялся, как это происходило с AM сигналом. Кроме более высокого качества звуковоспроизведения, Армстронг обнаружил возможность мультиплексирования, когда на одной несущей частоте ЧМ сигнала можно передавать сразу две радиопрограммы. Например, телеграфное сообщение и факсимиле титульного листа «Нью-Йорк Таймс». Для доказательства преимуществ частотной модуляции в 1939 г. Армстронг построил радиостанцию, стоимостью более 300 тыс. долларов.


Портативный радиоприемник – свадебный подарок Эдвина невесте Мэрион Мак-Иннис (Marion MacInnis), секретарше Д.Сарнова. Приемник развлекал молодоженов во время свадебного путешествия. Но даже на отдыхе Эрвин не забывал о делах: он тестировал свой супергетеродин. 1923 г.

Будучи патриотом, Армстронг безвозмездно передал военным свои патенты на частотную модуляцию. Щедрость подарка была осознана американскими вооруженными силами во время второй мировой войны, после того как обнаружилось, что радиосвязь германской армии, использующей АМ, могла легко глушиться, а ЧМ в то время была практически не подавляема.

В годы войны Армстронг вел важные исследования в области радарной техники для военного ведомства и разработал ЧМ радар, который позволил послать и принять сигнал на расстояние 238 000 миль – до Луны и обратно.

К концу второй мировой войны частотная модуляция полностью доказала свои преимущества. И все же внедрение ЧМ систем лоббировалось крупным бизнесом. Это легко объяснимо – новые открытия требовали перевооружения производства и новых затрат. В одночасье устаревали радиосвязные сети, сотни радиостанций и миллионы радиоприемников. Радиопромышленность опять требовала многомиллионных вложений в новые заводы, новые стройки, новые патентные отчисления. Бизнес сопротивлялся. С нескрываемым презрением Дэвид Сарнов, директор RCA, заявил: «Я считал, что Армстронг изобретает некий фильтр, для устранения из нашего АМ радио статического шума. Я не думал, что он произведет революцию и создаст новое направление, конкурирующее с RCA… Новый вид радио – подобно новому виду ловушки для мышей. Мир не нуждается в другой мышеловке…».

Сарнов всячески тормозил работы Армстронга, поручая инженерам RCA дополнительные проверки нового принципа и подталкивая Федеральную комиссию по связи (FCC) к решению об отзыве экспериментальной лицензии, выданной Армстронгу для проверки частотной модуляции. Сарнов даже предпринял неудавшуюся попытку завладеть патентами Армстронга на частотную модуляцию. Армстронг достойно отражал атаки по всем фронтам. Он полностью окунулся в свои планы относительно ЧМ, продав часть разработок RCA и сооружая собственную ЧМ радиостанцию в New Jersey Palisades вблизи Нью-Йорка. Неудачей закончилась попытка совместной работы Армстронга с «Дженерал Электрик» – компания попросту присвоила его открытия.

Темп победного шествия частотной модуляции иллюстрируют следующие цифры. Если в 1939 г. насчитывалось лишь 40 вещательных ЧМ радиостанций, то в мае 1940 г., после выделения для ЧМ радиовещания диапазона 42-50 МГц, можно было принимать уже более 500 радиостанций. И это было только начало. Национальный комитет телевизионных стандартов США (National Television Standards Committee) выбрал частотную модуляцию в качестве стандарта звука и телевизионного радиовещательного сигнала. Армстронг был счастлив. Он предсказывал: «Через 3-4 года количество слушателей ЧМ будет превышать число слушателей АМ в настоящее время» и оказался прав.


Армстронг с прототипом супергетеродинного приемника, 1924.

К сожалению, радость от повсеместного внедрения изобретений Армстронга не подкреплялась соответствующими материальными выгодами. Он понял, что RCA и другие гиганты радиоиндустрии были одной командой, препятствующей внедрению новых изобретений и технологий. Но все-таки Армстронг ждал и надеялся. Ждал авторских отчислений от продажи ЧМ приемников,  передатчиков и телевизоров. Но денег не было. RCA начала разработку телевидения со своей собственной звуковой системой, но, зайдя в тупик, все-таки предложила унизительные для Армстронга условия покупки неэксклюзивной лицензии за 1 млн. долларов. Близкая ситуация обыгрывалась в одной из сцен вестерна тех лет, когда богатый владелец ранчо заявляет своему соседу конкуренту-выскочке: «Я готов заплатить 1 млн. долларов за вашу землю. Вы хотите, чтобы я отдал деньги вам или вашей вдове?».

Сенатор Чарльз Тоби направил в Конгресс запрос: «RCA сделала все, чтобы убрать Армстронга с дороги. Они применяли самые изощренные меры, чтобы задавить частотную модуляцию». Конгресс отклонил запрос.

В 1948 г. Армстронг подал судебный иск об открытом воровстве и нарушении пяти его основных патентов, касающихся частотной модуляции. RCA ответила армией адвокатов и Армстронг на 6 лет увяз в судебных разбирательствах. У RCA было время и деньги у Армстронга кончалось и то и другое. Армстронг был вынужден продать часть своего имущества и некоторые разработки компаниям Zenith, RCA и Standard Oil. И все же денег не хватало на дальнейшие опыты, на содержание экспериментальной установки в Колумбийском университете, на оплату адвокатов. К 1954 г. он был готов уладить дело и назначил за свои патенты справедливую сумму в 2.4 млн. долларов. RCA предлагала 200 тыс. – меньше, чем его юридические затраты. Армстронг предложил своей супруге пустить в оборот средства, накопленные в прежние годы. Мэрион не согласилась, аргументируя тем, что эти деньги отложены на старость. Морально измотанный, разбитый судебной тяжбой Армстронг пребывал в отчаянии. Играя с супругой в покер, он в раздражении ударил ее по руке. Мэрион уехала к сестре в Коннектикут. Армстронг разрушил счастливое единение, длившееся почти 30 лет. Он в одиночестве встретил Рождество и Новый год в своей нью-йоркской квартире. 31 января 1954 г. в письме Мэрион он написал: «Я убит горем, потому что я не могу увидеть тебя еще раз. Я глубоко сожалею о том, что случилось между нами. Я не могу понять, как мог сделать больно самому дорогому мне человеку в мире. Я отдал бы жизнь, чтобы повернуть время вспять, в то время когда мы были так счастливы и беззаботны. Да хранит тебя Бог и может Бог пощадит мою душу». На следующее утро Эдвин Говард Армстронг надел шляпу и пальто, обернул вокруг шеи шарф и… шагнул из окна своей квартиры на 13-м этаже.


 Обложка журнала «Radio Craft» со статьёй об Армстронге, июнь 1948 г.

Д.Сарнов заявил журналистам: «Я не убивал Армстронга». Месяцем позже, на ежегодном отчетном собрании RCA, Сарнов объявил, что компания получила высочайшую прибыль – более 850 млн. долларов.

Адвокаты Армстронга вместе с его вдовой продолжили борьбу с RCA и, в конце концов, выиграли дело. Мэрион получила чуть более миллиона долларов – ту самую сумму, что Сарнов предложил Армстронгу в 1940 г. Наконец-то был получен ответ на вопрос: «Вы хотите, чтобы я заплатил вам или вашей вдове?»…

С годами человечество по достоинству оценило заслуги Армстронга. Частотная модуляция теперь основная система в радиовещании, в канале звукового сопровождения телевидения, в подвижной и спутниковой радиосвязи, в радиорелейных станциях. По статистике 98% всех радиоприемных устройств работают на принципах изобретенных Армстронгом. Еще при жизни за открытие принципа обратной связи изобретатель был награжден Золотой медалью Института радиоинженеров и Медалью Франклина – самой высокой из научных наград США. Посмертно Армстронг был включен в пантеон Международного союза электросвязи (ITU) наряду с такими учеными как Ампер, Белл, Фарадей и Маркони.

 

ТРАНЗИСТОР, «ДРЕССИРОВАННЫЕ» МУРАВЬИ И ПОКАЗАТЕЛЬ ИНТЕЛЛЕКТА

Вильям Брэдфорд Шокли (William Bradford Shockley), 1910–1989
Джон Бардин (John Bardeen), 1908–1991
Уолтер Хаузер Брэттен (Walter Houser Brattain), 1902–1987

В 1956 г. совместной Нобелевской премии в области физики удостоены американские ученые Вильям Шокли, Джон Бардин и Уолтер Брэттен. Премия присуждена за разработку транзистора.

«Пластиковая пластинка треугольной формы, обернутая золотой фольгой и охватывающая небольшой кусочек германия, который имеет электрический контакт в основании» – это примитивное устройство оказалось намного эффективней электронных ламп, оно позволяло пропускать и не пропускать ток и, кроме того, усиливать его.


Первый точечный транзистор, 1947.

Еще в 1939 г. Шокли предложил прообраз полевого транзистора, в котором использовались проводящие особенности оксида меди. По мнению Шокли, приборы, работающие на «полевом» принципе, смогут заменить механические и ламповые коммутаторы в телефонных станциях. В то время устройство не было практически реализовано – началась вторая мировая война, но предложенный принцип привел к разработке полевого транзистора в начале 1960-х.

После окончания войны в компании Bell Labs была сформирована исследовательская группа по изучению физических свойств полупроводниковых материалов. Группу возглавили Вильям Шокли и химик Стэнли Морган (Stanley Morgan). Энергия и энтузиазм Шокли позволили ему собрать в команду весьма компетентных исследователей: Джона Бардина, Уолтера Брэттена, Джеральда Пирсона (Gerald Pearson), Моргана Спаркса (Morgan Sparks) и других известных специалистов. Изначально целью исследований группы Шокли было создание полупроводникового устройства способного заменить электронную лампу. Работе команды благоприятствовал ряд факторов, среди которых теоретические открытия в области квантовой физики, позволившие существенно расширить понимание полупроводниковых свойств материалов. Опыт успешного использования германиевых и кремниевых точечных диодов в радиолокационных системах. Поддержка руководства Bell Labs и щедрое финансирование.


Шокли, Бардин и Брэттен в лаборатории, ок. 1948 г.

Результаты работы не заставили долго ждать. 23 декабря 1947 года Брэттен и Бардин продемонстрировали руководству Bell Labs прототип первого точечного транзистора.

Успех подстегнул Шокли к лихорадочной деятельности. Несколько месяцев упорных экспериментов принесли свои плоды и 30 июня 1948 г. в нью-йоркском офисе компании Bell Labs Шокли впервые публично продемонстрировал плоскостной транзистор. И хотя официальной датой изобретения транзистора считается 23 декабря 1947 года, плоскостной транзистор оказался более пригодным для практического использования и фактически стал прообразом современных приборов. Первые серийные образцы транзисторов появились на рынке через три года.

Кроме изобретательской деятельности, Шокли провел всесторонний научный анализ поведения полупроводников и изложил результаты работы в монографии «Электроны и дырки в полупроводниках» («Electrons and Holes in Semiconductors»). Книга, вышедшая в 1950 г., стала настольной для поколений ученых и исследователей полупроводниковых материалов.

В группе разработчиков Шокли был центром процесса созидания. Каждую неделю подводились итоги работы команды и почти всегда не хватало отпущенного на заседание времени, чтобы обсудить обилие полученных результатов. Решения Шокли физических и математических проблем были одновременно нетрадиционны, быстры и зачастую верны. Он легко воплощал идеи, которые занимали других исследователей многие годы. Он вдохновлял коллег своим примером. Он был дерзок как специалист и как личность. Он докладывал об успехах, не дожидаясь результатов экспериментов, и, как правило, оказывался прав… Но как нередко случается, образ талантливейшего ученого, по отзывам современников и историков, изобиловал противоречиями. Увлекающийся скалолазанием Шокли использовал каменную стену кафетерия возле лаборатории для тренировок в обеденный перерыв. Его любовь к быстрой езде приводила в трепет пассажиров. Однажды он бросил вызов протоколу собрания Американского физического общества, явившись на заседание в щегольском образе фокусника-любителя и закончив речь «магическим» появлением букета роз… Шокли играл. В жизни, в работе. Выигрышем в этой игре было понимание фундаментальных основ полупроводников, а тактическим приемом было умение разбивать сложную проблему на части и находить изящное решение для каждой.

К сожалению, противоречия в отношениях Шокли с другими ученым вели к кризису. Шокли перестал воспринимать тех, чей интеллект, по его мнению, был ниже его собственного. В группе назревал разлад…

В 1955 г. Шокли покинул Bell Labs и при финансовой поддержке своего университетского товарища Арнольда Бекмана  (Arnold Orville Beckman) организовал компанию Shockley Semiconductor Laboratories в Стэнфордской промышленной зоне. Это была первая «полупроводниковая» компания в местечке, в дальнейшем получившем название Silicon Valley («Кремниевая долина»). Задачей Shockley Semiconductor Laboratories была разработка и создание новых полупроводниковых устройств, так называемых четырехслойных диодов. И хотя Шокли вновь удалось собрать команду из молодых и перспективных специалистов, но, к сожалению, Шокли был хорошим ученым и исследователем, но никудышным бизнесменом и менеджером. Ему не хватало деловой хватки и рыночной смекалки, а пренебрежительное отношение к людям и высокомерие не нравилось сотрудникам…

К 1957 терпение коллектива компании лопнуло. Роберт Нойс (Robert Norton Noyce), Гордон Мур (Gordon Earle Moore) и еще шестеро специалистов, получившие прозвище «вероломная восьмерка» («Traitorous eight») покинули Шокли и основали компанию Fairchild Semiconductor ставшей одной из лидирующих в полупроводниковой отрасли 1960-х. А в 1968 году Нойс и Мур основали компанию Intel. Успешна судьба и остальных членов «вероломной восьмерки». Через несколько месяцев после увольнения основного состава, компания Shockley Semiconductor Laboratories прекратила свою деятельность.

Несмотря на сложности характера нельзя не признать талант Шокли в подборе кадров, формировании команды, организации исследовательской работы. Отчасти благодаря опыту работы в Shockley Semiconductor Laboratories под руководством Шокли сложилась дальнейшая судьба его бывших сотрудников.

Интересные штрихи к портрету ученого приведены в биографии Шокли, составленной Джоном Молом (John L.Moll):

«…Шокли имел довольно странное хобби… Он помещал колонии муравьев в большие стеклянные контейнеры. Частью опытов, которые он проводил, было “обучение” муравьев выбирать пути поиска провизии и их возвращения в домик. Для реализации “муравьиных” задач Шокли сооружал изящные конструкции в виде соломенных качелей, которые наклонялись под весом муравья. Для выхода из домика, муравей должен был подняться по опущенному концу соломинки. При пересечении точки равновесия соломинка под тяжестью муравья наклонялась в другую сторону так, чтобы муравей мог попасть к пище. Как только муравей сползал с соломинки, “перекидной мостик” возвращался в первоначальное положение. Для того чтобы попасть обратно, муравей должен был искать обходной путь. При возвращении ему предлагалось еще несколько таких препятствий. Шокли мог часами наблюдать за поведением муравьев.»


Вильям Брэдфорд Шокли (фото для журнала Life).

В 1973 г. с Шокли произошли разительные перемены. Он занялся евгеникой в части выявления зависимости между расой и уровнем интеллекта. Он заявлял, что люди с черной кожей проигрывают белым не менее 10-20 пунктов при тестах на показатель интеллекта (IQ). Несмотря на яростную критику, Шокли пошел дальше научных результатов. Он предложил практические шаги. В частности, он высказал мнение, что необходимо стерилизовать категорию людей с низким интеллектом. И хотя его подход к теме уровня интеллекта был более серьезным, по сравнению с предыдущими исследованиями, но при детальном изучении в нем также замечался недостаток научного подхода. Часть данных была подтасована или получена субъективным путем, для подтверждения предвзятого мнения. Кроме того, у исследований была явно заметна не научная, а расовая и политическая подоплека. В Стэнфорде портреты Шокли были сожжены, его «Линкольн» вымазан краской, его классы разгромлены демонстрантами, укутанными в простыни. В течение семи лет Национальная академия наук отказывалась рассмотреть его заявку на слушания, тем самым оказывая медвежью услугу – Шокли публиковал результаты «исследований» в научных журналах, где ему помогал авторитет Нобелевского лауреата и не находилось оппонентов, отваживающихся опровергнуть его «науку».

В конце 1980-х декан инженерного факультета одного из южноафриканских университетов пригласил Шокли посетить ЮАР, чтобы сделать доклад в честь юбилея изобретения транзистора. Памятуя о довольно спорном увлечении Шокли евгеникой, декан подчеркнул, что любые обсуждения таких вопросов будут неуместными, потому что правительство ЮАР пытается выбраться из «болота апартеида». Увы, когда Шокли прибыл на лекцию, он сосредоточился не столько на транзисторе, сколько на своих личных взглядах относительно достоинств и недостатков различных этнических групп, поставив в неловкую ситуацию декана и аудиторию. Большую часть времени, проведенного в ЮАР, Шокли потратил на изучение повадок тамошних муравьев и их «дрессировку»…

Изобретатель транзистора нобелевский лауреат Вильям Брэдфорд Шокли умер 12 августа 1989 г., посвятив последние 15 лет жизни почти исключительно евгенике. Он разделил жизнь между наукой и расовым «крестовым походом». Несмотря на «исследования» Шокли и других «ученых», человечество сделало свои выводы: показатель интеллекта – не основная и далеко не полная характеристика индивидуума. Есть другие мерки: культура, творческий потенциал, мастерство, гуманизм. У всех людей кровь красная, а электроны бесцветны…

Через десяток лет ученые научатся размещать на одном кристалле транзисторы и другие элементы. Они назовут это устройство микросхемой. А еще через два-три десятилетия на пластинке размером с первый транзистор уместятся тысячи, сотни тысяч, миллионы транзисторов. Начнется компьютерная эра…

…30 июня 1948 г., офис компании BellLabs. Вильям Шокли демонстрирует рабочий макет плоскостного транзистора. Вряд ли кто из присутствующих осознает, какое будущее ожидает это маленькое устройство…

 

ИЮЛЬСКАЯ ЖАРА, «ТИРАНИЯ СОЕДИНЕНИЙ» И ИНТЕГРАЛЬНАЯ СХЕМА

Джэк Ст.Клэир Килби (Jack St.Clair Kilby), 1923–2005

Даллас, штат Техас, 10 октября 2000. Компания Texas Instruments (TI) торжествует по поводу награждения Нобелевской премией в области физики Джека Килби, бывшего директора отдела технологических разработок TI. Нобелевская премия присуждена за вклад Килби в изобретение интегральной схемы – микросхемы, обычно называемой «чипом».

Премия была разделена между Килби (1/2), российским физиком Жоресом Алферовым (1/4) и немецким ученым Гербертом Кроемом (Herbert Kroeme) (1/4). К сожалению, в российских средствах массовой информации ученого, положившего начало современной микроэлектронике, затмил соотечественник Жорес Алферов.

Один транзистор и несколько пассивных компонентов на кусочке германия – это примитивное устройство Килби продемонстрировал горстке сотрудников, собравшихся в лаборатории полупроводниковой техники компании Texas Instruments в далеком сентябре 1958 года. Вряд ли кто из присутствующих предполагал, что «гадкий утенок» размером 11.1х1.6 мм, названный интегральной схемой (ИС), через несколько лет полностью изменит электронную промышленность.

…Жаркий июль 1958 г. Сотрудники разъехались на традиционные двухнедельные каникулы. В пустующей лаборатории полупроводников компании TI Джек Килби размышляет над давней и навязчивой идеей решить Проблему, которую в электронном мире окрестили «тиранией соединений». Полвека в электронной промышленности безраздельно господствовали лампы. Они были хрупкими, большими, ненадежными, потребляли много энергии и выделяли массу тепла. Но они были, а ничего другого не было. В 1947 г. в Bell Labs родился транзистор. Транзисторы выглядели лилипутами по сравнению с ламповыми монстрами. Транзисторы были надежны, долговечны, выделяли меньше тепла, потребляли меньше энергии. Они создали предпосылки к разработке сложных электронных схем, содержащих сотни и тысячи дискретных компонентов: транзисторов, диодов, резисторов и конденсаторов. Но усложнение схемотехники породило Проблему. Для создания законченных изделий электронные компоненты должны соединяться между собой. Ручная пайка тысяч компонентов и отрезков проводов обходилась чрезвычайно дорого и отнимала массу времени. Кроме того, повышение количества соединений снижало надежность устройства. Каждое паяное соединение таило в себе повод для последующих неприятностей. Был необходим другой, более рентабельный и надежный путь создания электронных компонентов и их соединения.

Одним из решений стало создание микромодульной технологии, поддерживаемой военным ведомством США. Идея состояла в том, что все компоненты должны иметь одинаковые размеры и форму и содержать выводные контакты для межэлементных соединений. При создании схем модули объединялись в сложные объемные структуры с меньшим количеством проводных соединений и меньшей длиной проводов. Килби не считал, что микромодуль сможет решить проблему соединений во все усложняющихся схемах. Он стал искать альтернативу и пришел к выводу, что основу должен составлять полупроводниковый материал.

В 1976 г. в статье «Изобретение ИС» Килби вспоминал: «Дальнейшие размышления привели меня к заключению, что полупроводники могли быть тем, что требовалось. Пассивные элементы (резисторы и конденсаторы) могли быть сделаны из того же материала, что и активные (транзисторы). Я понял, что если все компоненты сделаны из одного материала, то они могут сразу же соединяться между собой, чтобы формировать законченную схему».

Он начал записывать и зарисовывать свои идеи в июле 1958 г., а в сентябре продемонстрировал рабочую интегральную схему, сформированную в кусочке полупроводникового материала. 12 сентября 1958 г. представители руководства компании, включая тогдашнего директора TI Марка Шеферда (Mark Shepherd), увидели наклеенный на стеклянную пластинку кусочек германия с торчащими выводами – весьма примитивное на вид изделие. Килби нажал выключатель… и бесконечная синусоида начала свой волнообразный бег по экрану осциллографа. ОНО работало! Килби решил задачу объединения разнородных компонентов в единый элемент.


Первая интегральная микросхема, 1958.

Промышленность, ввиду присущего ей консерватизма, отреагировала на изобретение скептически. Интегральной схемотехникой заинтересовалось лишь военное ведомство США. По словам Килби, «обсуждение достоинств и недостатков интегральных схем стало главным развлечением на технических совещаниях в течение следующих нескольких лет».


Первый электронный карманный калькулятор (внизу – с открытой верхней панелью). Размеры 108 x 156 x 27 мм. Основа – полупроводниковая БИС, выполняющая математические действия: сложение, вычитание, умножение и деление. Вывод данных на бумажную ленту. Создатели Д. Килби, Джерри Мерриман (Jerry Merryman) и Джеймс Ван Тассел (James Van Tassel), 1967.

Интегральная схема сначала отвоевала место на рынке военных изделий благодаря программе создания первого компьютера на полупроводниках для военно-воздушных сил в 1961 г. и производству ракет «Минитмен» в 1962 г. Почин был сделан.

Для демонстрации достоинств ИС и ускорения их внедрения Патрик Хаггерти (Patrick E. Haggerty), тогдашний президент TI, предложил Килби решить актуальную и вполне мирную задачу. Требовался калькулятор по вычислительной мощности не уступающий настольным моделям, но помещающийся в кармане пальто. Это был вызов. Килби создал калькулятор. Началась коммерциализация интегральных схем…


Джэк Килби и современные электронные устройства.

Фактически микросхемы создали современную компьютерную индустрию, уменьшив вычислительные машины до настольных персональных и карманных компьютеров. Микросхемы изменили мир коммуникаций, создав предпосылки для внедрения новых, доселе невероятных, методов связи и расширения функциональных возможностей традиционных. Именно микросхемы привели к созданию новых классов устройств, таких как спутниковые навигаторы, смартфоны, планшетные компьютеры и многих других. Микросхемотехника продолжает развиваться. Появляются новые удивительные разработки, и везде, во всех без исключения отраслях электроники, незримо присутствует потомок уродливого кристаллика германия, наклеенного на стеклянную пластинку…

Карта сайта