Леонид Черняк – История электронных компьютеров (страница 5)

Конфликт достиг апогея после создания точечного транзистора. Несмотря на коллективный успех, Шокли не мог смириться с тем, что значительная часть прорыва произошла без его непосредственного участия. В результате Бардин и Браттейн покинули Bell Labs, посвятив себя другим направлениям – в частности, изучению сверхпроводимости. Бардин в 1957 году опубликовал фундаментальную статью «Теория сверхпроводимости», которая стала ключевой в физике твердого тела, и позже получил вторую Нобелевскую премию.

Шокли же остался одиозной фигурой. Он основал Shockley Semiconductor, надеясь продолжить исследования и коммерциализировать полупроводниковые технологии. Однако его авторитарный стиль управления и неспособность работать в команде привели к масштабной утечке талантов: лучшие инженеры и исследователи, не согласные с руководством, покинули компанию и образовали группу, получившую название «Вероломная восьмерка» (The Traitorous Eight). В ее состав вошли:

• Гордон Мур – позднее сооснователь Intel, разработчик закона Мура, один из ведущих теоретиков микроэлектроники.

• Роберт Нойс – сооснователь Fairchild Semiconductor и Intel, изобретатель интегральной схемы.

• Жан Хофф – инженер и руководитель проектных групп, внес значительный вклад в разработку производственных процессов.

• Роберт Крой – специалист по химии полупроводников и производству кремниевых кристаллов.

• Виктор Грин – эксперт по технике нанесения слоев и изготовлению P-N переходов.

• Джек Бил – занимался проектированием схем и тестированием прототипов транзисторов.

• Фред Вайс – инженер-электронщик, участвовал в создании первых коммерческих транзисторов Fairchild.

• Джон Ред – занимался исследованиями по увеличению производительности кремниевых приборов.

Эти восемь ученых создали Fairchild Semiconductor, компанию, ставшую символом инновационной культуры Силиконовой долины. На базе Fairchild позднее возникли Intel, AMD, National Semiconductor и другие технологические гиганты.

Влияние на Силиконовую долину

Уход «Вероломной восьмерки» из Shockley Semiconductor стал катализатором формирования уникальной инновационной экосистемы:

• Опора на социальные сети и коллективный опыт: компании создавались людьми, уже имеющими профессиональные связи, что усиливало эффект передачи знаний и ноу-хау.

• Движение по собственному пути: новые предприятия использовали инновационные решения, независимые от крупных корпораций, что позволяло быстро внедрять передовые технологии.

• Фокус на коммерческом успехе: в отличие от корпоративной модели Bell Labs, где приоритет отдавался фундаментальным исследованиям, Fairchild и ее последователи ориентировались на быстрое внедрение инноваций на рынок.

• Таким образом, личные конфликты и противоречия внутри Bell Labs, несмотря на драматические последствия для отдельных людей, стали неожиданным толчком к развитию современной высокотехнологичной индустрии, а также заложили основу принципов, характерных для будущей Силиконовой долины.

Гордон Тил и Texas Instruments

Гордон Тил, химик-физик из Техаса, работавший в Bell Labs с 1930 года, предложил выращивать монокристаллы с P-N переходом, но получил отказ. В 1952 году Texas Instruments приобрела лицензию на германиевые транзисторы и пригласила Тила на работу. Он создал отдел по образцу Bell Labs и совместно с Морганом Спарксом усовершенствовал технологию, вырастив n-p-n германиевый транзистор прямо из расплава.

В апреле 1954 года команда Тила создала первый коммерческий кремниевый транзистор, а 10 мая Тил представил его на конференции IRE. В течение пары лет транзисторы стали компонентной базой второго поколения компьютеров, сочетаясь с диодами, резисторами, конденсаторами и магнитными сердечниками.

Память

На заре компьютерной эры проблема адекватной памяти была, пожалуй, острее, чем сложности, возникающие при создании новых процессоров. Процессоры строились из стандартных радиокомпонентов, имевшихся в большом объеме на рынке – ламп, резисторов и конденсаторов. Для памяти же ничего полностью подходящего из готового не существовало, приходилось адаптировать под нужды вычислительной техники то, что хотя как-то подходило.

Для компьютера EDVAC Преспер Эккерт использовал забытый ныне прибор – ртутную акустическую линию задержки. Такая трубка, заполненная парами ртути, могла хранить данные благодаря пьезокристаллическим преобразователям на концах. Они сохраняли акустический импульс, посланный в трубку, который продолжал циркулировать между преобразователями. Первоначально такие трубки создавались для разделения подвижных и неподвижных целей в радиолокации. Они были крайне дорогими, громоздкими и сложными в эксплуатации. Эккерт применил тот же принцип динамического хранения данных, но на магнитострикционных материалах, что оказалось гораздо практичнее ртути. Однако емкость таких линий задержки не превышала сотен битов.

Альтернативой линиям задержки стала электронно-лучевая трубка (ЭЛТ) Уильямса—Килберна, названная в честь британцев Фредди Уильямса и Тома Килберна. Она стала первым запоминающим устройством с произвольным доступом (RAM). В этой трубке электронный луч буквально записывал данные на экран в виде заряженных и незаряженных точек. Считывание обеспечивал металлический диск перед экраном, отражавший луч. Возвращаемый сигнал зависел от того, была ли точка заряжена или нет. На этом принципе строились ЗУ емкостью до 2048 битов – существенно быстрее, чем акустические линии задержки.

Существовала и более амбициозная конструкция. Команда RCA под руководством Владимира Зворыкина создала лампу Selectron, которая сохраняла статический заряд, подобно ЭЛТ. Однако производство оказалось чрезвычайно сложным, и коммерческая версия так и не была создана. RCA планировала выпустить 200 трубок емкостью 4096 битов к концу 1946 года, но к середине 1948 года эти планы не были реализованы.

Таким образом, выходом из положения стала ферритовая память, которая со временем стала основой для большинства первых компьютеров следующего поколения.

Магнитная память на ферритовых сердечниках

Память на ферритовых сердечниках продержалась около четверти века, с 1955 по конец 1970-х она монопольно господствовала во всех компьютинге. Чаще всего в форме колечек миллиметрового размера, реже – на биксах, сердечниках с двумя взаимно перпендикулярными отверстиями. Сердечки собирались в квадратные матрицы, а матрицы – в кубы, достигая удельной емкости до 32 килобит на литр физического объема.

Внешне такая память выглядела крайне скромно, если не сказать примитивно. В Компьютерном музее в Маунтин-Вью на фоне сложных систем смотрятся кустарными поделками кубические конструкции из деревянных реек с тысячами сердечников внутри. Кропотливую работу по соединению проводами крошечных сердечников могли выполнять только тонкие девичьи пальчики, поэтому процесс изготовления называли «вышивкой памяти». В одной статье этот период даже назвали «Временем, когда компьютерную память вышивали женщины» (That Time When Computer Memory Was Handwoven by Women). Массовое производство ферритовой памяти перенесли в страны Юго-Восточной Азии, где миниатюрные местные девушки плели память в цехах, которые напоминали ковроткацкие мастерские.

Физической основой была способность сердечников сохранять направление намагниченности (эффектом гистерезиса). Сердечник являлся простейшим магнитным флип-флопом, хранящим 1 бит. Ферритовая память обладала двумя важными преимуществами: она сохраняла данные при отключении питания (не волатильная, non-volatile), а также была устойчива к ионизирующему излучению, что делало ее востребованной в военной технике вплоть до 1990-х годов.

Идея использования магнитных материалов для памяти возникла еще в 1945 году у Преспера Эккерта при создании ENIAC, а в 1946 году – у Джорджа Девола, известного созданием промышленных роботов UNIMATE. Однако тогда практическая реализация оказалась крайне сложной, последующая история ферритовой памяти – это не столько история научных открытий, сколько череда инженерных решений и патентных споров.

Пионеры ферритовой памяти

Одним из первых патентов на этот тип памяти получил Фредерика Вехэ, финн по происхождению, муниципальный служащий в Лос-Анджелесе. Он занимался экспериментами с магнитными материалами дома и получил несколько патентов. Его карьера трагически оборвалась: вместе с женой он погиб в автомобильной аварии.

Другим ключевым изобретателем был Эн Ванг. Он эмигрировал в США из Китая до прихода Мао, получил Ph.D. по физике в Гарварде в 1948 году, работал с Говардом Эйкеном над проектом Mark IV и тогда в очередной раз изобрел память на магнитных сердечниках. Однако он не получил финансирования и с 1951 года продолжил работу в созданной им компании Wang Laboratories. В 1955 году после патентования памяти Ванг продал права IBM за 500 000 долларов. Позже компания Wang выпускала мини-компьютеры, включая Wang VS, совместимый с IBM System/360, которые использовались в СССР, например, при разработке «Искры-226».

Джей Форрестер успешно сочетал академическую деятельность с практической инженерной работой. Он разрабатывал свою версию памяти для исторического компьютера Whirlwind, в него куб 32×32×16 бит была установлена летом 1953 года. Форрестер отмечал: «Изобретение Ванга не оказало влияния на мою разработку. Память Ванга была более дорогой и сложной». Он также вспоминал в 1975 году: «Нам потребовались годы, чтобы убедить индустрию в том, что память на магнитных сердечниках решает проблему недостающего звена в компьютерных технологиях. Затем мы семь лет отстаивали наш приоритет в патентных судах».