Historia komputerów

Układ scalony czyli Integrated Circuit czyli mikrochip

Pod koniec lat 50 w Stanach Zjednoczonych produkowane były komputery II generacji, czyli konstruowane w oparciu o tranzystory. Aby budować coraz bardziej nowoczesne komputery, o coraz większej mocy obliczeniowej potrzebne było coraz więcej tranzystorów, które łączono w układy tranzystorów, co z kolei wymagało coraz większej ilości połączeń miedzy nimi. Dla przypomnienia, IBM „Strech” superkomputer, o którym pisałem, był zbudowany z 170 tysięcy tranzystorów! Łączono je w układy na płytkach drukowanych, co wymagało kilkaset tysięcy połączeń. Te połączenia robiono za pomocą ręcznych lutowań, co nie tylko było czasochłonne, ale również zawodne. Niezbędne było usprawnienie procesu wykonywania połączeń, aby wyeliminować błędy w układach elektronicznych.  Poza tym, w tamtych czasach, ze względu na wyścig zbrojeń między USA a ZSSR, głównym odbiorcą komputerów była armia amerykańska. Wraz z unowocześnianiem broni, zwłaszcza rakietowych, wymagano coraz mniejszych i coraz bardziej wydajnych komputerów, co z kolei wiązało się z jeszcze większą ilością tranzystorów. Aby zminiaturyzować komputery, należało zminiaturyzować tranzystory i inne elementy układów elektronicznych, i to stało się najważniejszym problemem, przed którym stanęli konstruktorzy komputerów na przełomie lat 50. i 60 XX w.


Wynalazcy układu scalonego Jack Kilby i Robert Noyce
(fot. ze strony www.mlodytechnik.pl)

Robert Noyce i Fairchaild Semiconductor

Całą historię zacznę od Williama Shockleya, jednego z wynalazców tranzystora. Już będąc pracownikiem Bell Laboratories dał się poznać, jako bardzo zdolny człowiek, ale chorobliwie ambitny i ogromnie kłopotliwy we współpracy. Doświadczyli tego na własnej skórze współtwórcy tranzystora Bardeen i Brattain. Odeszli z zespołu, nie mogąc dalej współpracować z Shockleyem. Shockley też odszedł z Bell Labs, bo uważał się za wybitnie zdolnego naukowca oraz managera i postanowił zarobić miliony na swoim wynalazku. W 1955 r. założył firmę Shockley Semiconductor Laboratory w Pal Alto, w słynnej dzisiaj kalifornijskiej Dolinie Krzemowej. W 1956 r. kompletując zespół pracowników, zatrudnił dwóch młodych i bardzo uzdolnionych ludzi: chemika Gordona Moore’a i doktoranta z MIT Roberta Noyce’a. Obaj panowie tak szybko jak podjęli współpracę z Shockeleyem, tak szybko ją skończyli, a dokładnie, kiedy poznali jego apodyktyczny styl kierowania pracownikami i nieudolne zarządzanie firmą. W rok później odeszli z firmy wraz z 6 innymi pracownikami, zakładając Fairchild Semiconductor (firma istnieje do dzisiaj), w której to zaczęli produkcję tranzystorów na potrzeby armii USA. Ponieważ komputery wykorzystywane w rakietach balistycznych wymagały coraz większej ilości tranzystorów,  Noyce z kolegami rozpoczęli prace na upchnięciem tysięcy tranzystorów w małych komputerach montowanych w dziobowych częściach rakiet.

Jack Kilby i Texas Instruments

Jack Kilby zaczynał swoje przygody z elektroniką budując, jako nastolatek, krótkofalówki. W czasie wojny, w jednostce marynarki zajmującej się łącznością doskonalił swoje elektroniczne umiejętności. Po wojnie skończył studia inżynierskie i dostał się na szkolenie w Bell Labs, gdzie zdobył wiedzę na temat tranzystorów, a w 1958 zatrudniono go w Texas Instruments. Oczywiście pracował, jak wszyscy zdolni inżynierowie, dla wojska. W TI zajął się badaniami nad półprzewodnikami, a konkretnie nad różnymi możliwościami wykorzystania krzemu. W tym okresie z półprzewodników wytwarzano tylko tranzystory; Kilby wpadł na pomysł, aby z półprzewodników zbudować również inne elementy elektroniczne jak kondensatory czy rezystory. We wrześniu 1958 roku zaprezentował prototyp urządzenia, którym była malutka płytka krzemowa z wystającymi drucikami, a tak naprawdę był to układ składający się z 1 tranzystora, 3 rezystorów i 1 kondensatora, a który znamy obecnie pod nazwą IC (integrated circuit), czyli układ scalony, potocznie nazywany mikrochipem. Został on oficjalnie pokazany w marcu 1959 r.


Układ scalony J. Klibye’go 1958 r. (fot. domena publiczna)

Największe wrażenie pokaz zrobił na pracownikach Fairchaild Semiconductor, ponieważ w tym samym czasie zespół Robert Noyce’a opracował podobne urządzenie. Ich droga do wynalazku wyglądała zupełnie inaczej. Pracowali nad udoskonaleniem tranzystorów krzemowych, które łatwo ulegały uszkodzeniu mechanicznemu. Wpadli na pomysł, aby powierzchnie tranzystora powlekać warstwą tlenku krzemu, który działał ochronie jak lakier na karoserii samochodu. Nazwano to technologią planarną Hoerniego, od nazwiska pomysłodawcy. Później wymyślono, żeby w warstwie tlenku krzemu robić miniaturowe okienka, żeby domieszkować krzem, tak, aby na jednym kawałku krzemu znajdowało się kilka tranzystorów. Potem Noyce wymyślił, żeby te tranzystory połączyć drukowanymi ścieżkami z miedzi. Na koniec wspólnie z Moorem wpadli na pomysł, aby w tym układzie zbudować też krzemowe kondensatory, oporniki itd., i połączyć je nadrukowanymi na powierzchni metalowymi ścieżkami. I tak powstał układ scalony Noyce, zupełnie niezależnie od układu scalonego Klibyego.

Wojny o patent i Nobel

Wynalazek Noyce miał przewagę nad mikrochipem Kilbyego, nie wystawały z niego żadne druciki i w zasadzie łatwo było rozpocząć jego produkcję.

Texas Instrument w lutym 1959 zgłosił pośpiesznie wniosek patentowy na niedopracowany wynalazek Klibyego r. o nazwie „zminiaturyzowany układ elektryczny”. Firma Fairchild wniosek na „układ scalony oparty na krzemie” złożyła klika miesięcy później, ale za to dobrze przygotowany od strony technicznej, tak, aby nie naruszyć prawa Texas Instruments. I jak się okazało, praca nad dokumentacją się opłaciła i w kwietniu 1961 r. urząd patentowy przyznał patent firmie Noyce. Oczywiście Fairchaild złożył odwołanie i rozpoczęła się trwająca prawie 10 lat wojna o patent. W 1964 r. pierwszeństwo przyznano Kilbyemu, a potem znowu Noyce’owi. Ostatecznie, każdy z nich otrzymał patent w nieco innym zakresie, lecz to Jack Kilby w 2000 roku dostał Nagrodę Nobla z fizyki za wynalazek układu scalonego.


Układ scalony R. Noyce 1959 r. (fot. ze strony www.chiphistory.org)

Zarówno Noyce jak i Kilby byli ludźmi etycznymi, wywodzili się z rodzin chrześcijańskich, Noyce był synem pastora, i nie zależało im na kłótniach, nawet wychwalali się wzajemni, niemniej firmom zależało na zamówieniach, które wiązały się z patentami. Dlatego Texas Instrument i Fairchaild Semiconductor dogadały się i wynegocjowały traktat pokojowy dzieląc się patentem. Dzięki temu Texas Instruments w 1962 r., jako pierwsza zastosowała chipy w komputerach Air Force sterujących rakietami Minuteman II. Z kolei, kiedy powstał program kosmiczny Apollo, zlecenia na produkcję 375 tysięcy mikrochipów do 75 komputerów naprowadzających rakietę Apollo, otrzymał Fairchild Semiconductor.

Kto wygrał wojnę o układ scalony? Obaj już nie żyją. Ich wynalazki już przeszły do historii. Obaj  zostali milionerami. Kilby dostał Nobla za mikrochipa,   ale to Noyce zrobił coś, co spowodowało, że długo o nim nie zapomnimy. Założył firmę, która od wielu lat jest potentatem w swojej dziedzinie, a jej produkty wykorzystują  ludzie na całym świecie.  I pewnie, długo jeszcze będą wykorzystywać.

Intel.  Ale to już zupełnie inna historia..

 Ciekawostka

Dolina Krzemowa (Silicon Valley), znana chyba wszystkim, to określenie okolicy miast San Jose i  Pal Alto w Kalifornii, gdzie swoje biura i laboratoria mają tysiące firm z branży  high-tech, czyli szeroko rozumianej branży teleinformatycznej. W tym te największe – potentaci w produkcji sprzętu komputerowego, oprogramowania, firmy z branży internetowej czy popularnych dzisiaj social mediów.   Najstarsze przedsiębiorstwo, które ma tu siedzibę, to założona w małym garażu, w  1938 roku Hewlett-Packard. Firma Wiliama Hewletta i Dave Packarda, czyli popularne HP, to najbardziej znany producent komputerów i drukarek. Najwięcej firm komputerowych powstało w II połowie XX wieku, jak producenci procesorów Intel i AMD, producent komputerów i smartfonów Apple, firmy internetowe Yahoo!, Google, czy związane z grami komputerowymi Electronic Arts. W XXI wieku z kolei,  firmy zajmujące się mediami społecznościowymi, jak YouTube czy Facebook.


Garaż, w którym Hewlett i Packard założyli firmę HP w 1938 r.
(fot. ze strony www.hpmuseum.org)

Nazwa Silicon Valley, jako określenie terenu opanowanego przez firmy informatyczne, została użyta oficjalnie w 1971 r., w jednej z gazet i tak już zostało do dzisiaj. Jednak nazwa wiąże się z naszym bohaterem Williamem Shocklyem, który w 1955 roku założył w Pal Alto firmę produkującą krzemowe tranzystory. Mówiono wtedy, że to Shockley sprowadził w dolinę krzem (silicon). Za przykładem Shockleya coraz więcej przedsiębiorstw branży elektronicznej otwierało tam biura i fabryki, stąd dolina znana kiedyś z hodowli moreli, zaczynała być znana z krzemu i tak przyjęła się nazwa Dolina Krzemowa.

  G. Shamot

 

Źródła
=================
Walter Isaacson – The Innovators.
www.pldos.pl -Paweł Boguś
www.chiphistory.org
www.mlodytechnik.pl

Dodaj komentarz

Twój adres email nie zostanie opublikowany. Pola, których wypełnienie jest wymagane, są oznaczone symbolem *

4 + three =