Как инженер Texas Instruments создал интегральную схему

Aug 12, 2023

Когда в 1958 году Джек Килби начал работать инженером в компании Texas Instruments (TI) в Далласе, Техас переживал самую сильную засуху за всю историю наблюдений. Поскольку у него не было достаточно личного времени, чтобы взять отпуск в июле, Килби застрял в офисе, и у него было свободное время.

В девятой серии «Техасских двигателей» мы рассказываем о том, как Килби использовал это время для решения инженерной проблемы, которая произвела революцию в современных вычислениях.

Основанная для сбора и обработки сейсмических данных для разведки нефти, компания TI перешла в мейнстрим в 1954 году, адаптировав свою технологию для производства Regency TR-1 — карманного транзисторного радиоприемника. Ключевой технологией стал транзистор, изобретенный Bell Labs в 1947 году для замены громоздких и дорогих электронных ламп. Транзистор — это полупроводник, который регулирует или усиливает сигналы в электронной схеме.

Помогите отчету Сан-Антонио собрать 15 000 долларов США во время нашей летней кампании, чтобы поддержать нашу ежедневную отчетность и работать над новыми проектами. Ваш единовременный подарок на сумму 100 долларов США или более или ежемесячный подарок на сумму 8 долларов США или более дает вам бесплатную футболку SA Report!

Но установить транзисторы было непросто: их приходилось соединять вместе и припаивать вручную. Для устройства с 1000 транзисторов может потребоваться 10 000 паяных соединений. Одно плохое соединение может привести к неработоспособности всего устройства.

Предыдущие инженеры сосредоточились на уменьшении каждого компонента. Килби стремился миниатюризировать всю схему, понимая, что все элементы схемы могут быть изготовлены из одного куска полупроводникового материала. Остановившись на характеристиках компонентов, Килби решил реальную проблему: как спроектировать по-настоящему интегральную схему, которую можно было бы производить на машинах в больших масштабах и дешево.

12 сентября 1958 года Килби продемонстрировал свой прототип — грубо выглядящую лоскутную сборку проводов из германия, алюминия и золота, содержащую транзистор, конденсатор и три резистора на одном чипе. Килби больше сосредоточился на характеристиках, чем на внешнем виде — прототип выглядел как неудавшийся детский художественный проект. Но это сработало.

После доработки прототипа Килби компания TI подала заявку на патент в феврале 1959 года и представила его на ежегодном съезде Института радиоинженеров в марте того же года, где только одна фирма оценила его потенциальное влияние: Fairchild Semiconductor. Роберт Нойс, соучредитель Fairchild, также экспериментировал с концепциями интегральных схем.

Нойс пересмотрел конструкцию Килби, создав кремниевый чип, в котором устранена открытая золотая проводка. В июле 1959 года Нойс подал патент на свою собственную интегральную схему.

В 1961 году Нойс получил первый патент США на интегральную схему, поскольку чертежи TI в заявке на патент не совсем соответствовали фактической конструкции. Это положило начало десятилетнему судебному разбирательству между TI и Fairchild, которое в конечном итоге закончилось тем, что две стороны согласились предоставить друг другу неограниченные взаимные лицензии на использование и производство интегральной схемы.

Речь президента Джона Ф. Кеннеди «Мы выбираем полет на Луну» в Университете Райса в 1962 году вызвала поток расходов НАСА — и интегральные схемы были особенно хорошо подходят и необходимы для космических полетов. Правительство США владело рынком интегральных схем до 1964 года. К моменту высадки на Луну в 1969 году в рамках программы «Аполлон» было приобретено более 1 миллиона интегральных схем.

Компания Datapoint из Сан-Антонио, основанная бывшими подрядчиками НАСА Гасом Рошем и Филом Рэем в 1968 году, применила интегральную схему в телетайпах — устройствах, которые обычно использовались в корпоративных офисах для отправки и получения печатных сообщений. Благодаря установке буквенных клавиатур, экранов для просмотра сообщений и приемников для мгновенного и бесшумного приема сообщений терминал Datapoint 3300, а также модернизированный, программируемый пользователем Datapoint 2200 стал предшественником персонального компьютера.

Национальная академия наук назвала изобретение Килби интегральной схемы катализатором «Второй промышленной революции». Он положил начало компьютерной эпохе, ускорил концентрацию населения в городских районах и помог поднять сравнительный уровень жизни почти всех жителей планеты.