Проблема, которую все видели и никто не решал
К 1958 году транзистор победил. Электронные лампы уходили — медленно, с сопротивлением, но уходили. Военные заказывали транзисторные системы. Университеты строили транзисторные компьютеры. Texas Instruments продавала карманные радиоприёмники.
Но чем сложнее становились устройства, тем острее проявлялась новая проблема.
Возьмём военную ракетную систему середины 1950-х. Для управления ей нужна электронная схема с несколькими тысячами транзисторов, резисторов и конденсаторов. Каждый компонент — отдельная деталь. Каждую деталь нужно поместить на плату. Каждое соединение — припаять вручную.
Инженер с паяльником под микроскопом. Тысячи соединений. Каждое — потенциальная точка отказа.
В американской армии это называлось «тиранией цифр». Чем больше компонентов — тем надёжнее система теоретически. И тем ненадёжнее практически, потому что растёт число соединений, которые могут подвести. В какой-то момент усложнение схемы начинало делать её хуже, а не лучше.
Решение напрашивалось само. Если проблема в соединениях — значит, соединений должно быть меньше. А лучше — не должно быть вовсе.
Но как сделать схему без соединений?
Двое людей нашли ответ одновременно. В разных компаниях. В разных штатах. Не зная друг о друге.
Джек Килби и лето без отпуска
Май 1958 года. Джек Килби приходит на новую работу в Texas Instruments в Далласе.
Килби — высокий, немного неловкий в движениях, говорит медленно и по делу. Инженер из Канзаса, учился в Иллинойсе, работал в небольшой компании в Милуоки, где делал слуховые аппараты. Не звезда отрасли — крепкий инженер с хорошей репутацией и конкретным мышлением. Именно такие люди иногда делают открытия, которые звёзды пропустили.
В TI действовало правило: новые сотрудники в первое лето идут в отпуск вместе со всеми, независимо от того, сколько они проработали. Июль — корпоративный отпуск. Все уходят.
У Килби не было накопленных отпускных дней. Он остался один в почти пустой лаборатории.
Несколько недель тишины. Никаких совещаний. Никаких коллег с вопросами. Килби думал.
Он думал о тирании цифр. О паяных соединениях. О том, что все компоненты схемы — транзисторы, резисторы, конденсаторы — можно сделать из полупроводника. Не только транзисторы, как делали тогда. Всё.
Если все компоненты — из одного материала, их можно сделать в одном куске. Один кристалл. Всё внутри. Никаких соединений снаружи.
Он записал идею в лабораторный журнал 24 мая 1958 года. Назвал её «монолитная идея» — monolithic idea.
Когда коллеги вернулись из отпуска, Килби показал эскизы. Реакция была осторожной. Идея красивая, но непонятно, как это сделать технологически. Германий — материал, с которым работали тогда в TI — плохо подходит для резисторов. Конденсаторы из полупроводника будут иметь паразитные ёмкости.
Килби сказал: давайте проверим.
Двенадцатого сентября 1958 года он включил первую интегральную схему. Кусочек германия размером с половину скрепки. Внутри — транзистор, три резистора, конденсатор. На осциллографе — синусоида. Схема работала.
В комнате было несколько менеджеров TI. Они смотрели на экран осциллографа.
«Это работает«, — сказал Килби.
Это был самый сдержанный комментарий к одному из важнейших изобретений XX века.
TI немедленно подала патентную заявку. Дата приоритета — 6 февраля 1959 года.
За это изобретение Джек Килби в 2000 году получил Нобелевскую премию по физике. Роберт Нойс, который пришёл к той же идее независимо и чьё техническое решение оказалось лучше, к тому времени уже умер. Нобелевский комитет не присуждает премии посмертно.
Жан Хорни и идея, которая изменила всё
Пока Килби работал в Далласе, в Маунтин-Вью происходило кое-что не менее важное. И связано это было не с самой интегральной схемой, а с тем, как её делать.
Жан Хорни был одним из восьми человек, ушедших от Шокли в Fairchild Semiconductor. Швейцарец по происхождению, физик-теоретик по образованию — он выделялся даже на фоне блестящей команды Fairchild. Коллеги говорили, что Хорни думает о физике полупроводников так, как другие думают о погоде — постоянно, фоново, без видимых усилий.
В конце 1957 года Хорни начал думать о поверхности транзистора.
Проблема была такой. Транзистор работал за счёт тонких слоёв полупроводника с разным типом проводимости. Переходы между слоями — это места, где происходит нужная физика. И эти переходы заканчивались на поверхности кристалла, открытые внешней среде.
Открытая поверхность полупроводника — это плохо. Там накапливаются примеси, влага, оксиды. Они нарушают работу переходов. Параметры транзистора нестабильны, предсказать их трудно, производить стабильные партии — ещё труднее.
Хорни придумал решение, которое казалось почти очевидным задним числом, но до него никто не делал.
Что если закрыть поверхность? Что если оставить переходы не на краю кристалла, а внутри — под защитным слоем диоксида кремния, который сам по себе является отличным изолятором?
Всю структуру транзистора — в одной плоскости, под оксидным покрытием. Планарная структура.
Он набросал идею на клочке бумаги — по некоторым воспоминаниям, буквально на салфетке в офисе — и отдал инженерам на проверку.
Планарный транзистор работал лучше любого предшественника. Стабильные характеристики. Воспроизводимость в производстве. И — это оказалось самым важным — совместимость с фотолитографией: процессом нанесения рисунка схемы через маску с помощью света и химического травления.
Именно планарный процесс Хорни сделал интегральную схему Нойса реальной. Без него идея «всё на одном кристалле» оставалась красивой концепцией с непонятной технологией реализации.
«Планарный процесс был тем кирпичом, без которого здание не строится. Хорни положил его первым.»
Так об этом говорил Гордон Мур — человек, которому трудно отказать в точности оценок.
Хорни получил патент на планарный транзистор в 1960 году. Умер в 2000-м от рака. Его имя значительно менее известно, чем имена Нойса или Мура — хотя без его изобретения их работа была бы невозможна.
Артур Рок и деньги, которые изменили правила игры
В истории микрочипа и Intel есть человек, которого обычно упоминают вскользь. Между тем без него Fairchild не возник бы, Intel не возник бы, и вся структура финансирования технологических стартапов была бы другой.
Его звали Артур Рок
1957 год. Восемь инженеров, решивших уйти от Шокли, не знали, что делать дальше. Технически они были готовы. Юридически — понимали, как оформить компанию. Но денег не было. А без денег нет оборудования, нет лаборатории, нет ничего.
Один из восьми — Юджин Клейнер — написал письмо в нью-йоркский банк Hayden Stone с просьбой помочь найти инвестора. Письмо случайно попало к молодому аналитику по имени Артур Рок.
Рок прочитал письмо и немедленно поехал в Калифорнию. Он встретился с восемью инженерами, выслушал идею, задал несколько вопросов. И решил помочь — не потому что понимал полупроводники, а потому что понимал людей.
Схема, которую он придумал, была новой. Вместо банковского кредита или продажи доли крупной корпорации — частный инвестор вкладывает деньги в обмен на долю в новой компании. Рок объехал тридцать пять потенциальных инвесторов. Тридцать четыре отказали. Тридцать пятый — Шерман Фэрчайлд, авиационный магнат с деньгами и интересом к технологиям — согласился.
Fairchild Semiconductor получила полтора миллиона долларов стартового капитала. Это был один из первых венчурных сделок в американской истории в современном смысле слова.
Рок понял кое-что важное, что другие финансисты тогда не понимали. Главный актив технологической компании — не оборудование и не патенты. Это люди. Восемь инженеров, ушедших от Шокли, были лучшими в своей области. Деньги давались не под бизнес-план — деньги давались под команду.
Эта логика стала основой венчурной индустрии Кремниевой долины.
В 1968 году история повторилась. Нойс и Мур решили уйти из Fairchild. Они позвонили Року. Рок снова помог собрать деньги — на этот раз два с половиной миллиона долларов, за два дня, просто на имена основателей.
Новая компания называлась Intel. Рок вошёл в совет директоров и оставался там двадцать лет.
«Я инвестирую в людей, а не в идеи. Хорошие люди с плохой идеей изменят идею. Плохие люди с хорошей идеей уничтожат её.»
Артур Рок говорил это в разных интервью в разных вариантах. Суть не менялась.
Тед Хофф и японский калькулятор
1969 год. Intel два года на рынке. Компания производит чипы памяти — это была изначальная бизнес-идея Нойса и Мура. Память нужна всем, производить её можно большими партиями, маржа приличная.
В октябре 1969 года к Intel обратилась японская компания Busicom. Они делали настольные калькуляторы и хотели заказать набор специализированных микросхем для новой линейки. Двенадцать разных чипов под двенадцать разных функций.
Задачу передали молодому инженеру Маршиану Хоффу — все звали его Тед.
Хофф посмотрел на техническое задание Busicom и поморщился. Двенадцать специализированных чипов — это двенадцать отдельных проектов. Каждый надо разработать, протестировать, запустить в производство. Это долго и дорого. И каждый чип делает ровно одно — ничего больше.
Хофф подумал и предложил другое.
А что если сделать один чип — универсальный? Не заточенный под конкретные функции калькулятора, а способный выполнять любые инструкции, которые ему дадут. Программируемый. Программа хранится отдельно, в чипе памяти, — и можно написать разные программы для разных функций.
По сути — компьютер на одном кристалле.
Идея была красивой. Busicom поначалу отнеслась скептически — им нужен был калькулятор, а не компьютер. Нойс поддержал Хоффа. Переговоры шли несколько месяцев.
В итоге договорились. Хофф получил добро на разработку.
Но разработка — это одно дело. Реализовать её физически — другое. Хофф был блестящим системным архитектором, но не разработчиком микросхем. Реальную конструкцию чипа создал другой инженер — Федерико Фаджин, итальянец, пришедший в Intel из Fairchild. Именно Фаджин нарисовал схему, выбрал архитектурные решения на уровне транзисторов и запустил производство.
Intel 4004 вышел 15 ноября 1971 года.
Четыре миллиметра на три. 2300 транзисторов. Тактовая частота 740 килогерц. Четырёхбитный процессор — то есть за один раз он обрабатывал четыре бита информации.
По меркам 1971 года это было фантастически мало. По меркам 1946-го — это был ENIAC, уместившийся в ноготь.
Intel поначалу не понимала, что именно она сделала. Внутри компании 4004 считался нишевым продуктом для калькуляторов. Маркетинговый бюджет на запуск был минимальным. Объявление о выходе чипа — маленькая реклама в отраслевом журнале Electronic News.
Прошло несколько лет, прежде чем стало ясно: Intel случайно изобрела микропроцессор — и этим изменила всё.
Эндрю Гроув: человек, который научил Intel выживать
Среди людей, сделавших Intel тем, чем она стала, есть один, чья роль обычно недооценивается в романтических историях об изобретателях.
Роберт Нойс был визионером — он видел будущее и умел убеждать других в него верить. Гордон Мур был учёным — он понимал физику и видел тенденции раньше рынка.
А Эндрю Гроув был тем, кто превращал видение и тенденции в работающую компанию.
Гроув родился в Будапеште в 1936 году. В восемь лет пережил нацистскую оккупацию — семья скрывалась под чужими именами. В двадцать лет, после подавления советскими войсками венгерского восстания 1956 года, бежал пешком через границу в Австрию. С несколькими долларами в кармане добрался до Нью-Йорка, выучил английский, поступил в City College, потом получил докторат по химической инженерии в Беркли.
В Fairchild его взяли в 1963-м. В Intel он пришёл одним из первых сотрудников в 1968-м — операционным директором.
Нойс занимался внешними связями и стратегией. Мур — исследованиями. Гроув — всем остальным. Производство, найм, процессы, качество, дисциплина. Он строил компанию изнутри.
Гроув был требовательным до жёсткости. Опоздание на совещание каралось штрафом — небольшим, символическим, но штрафом. Он лично читал отчёты подразделений и задавал неудобные вопросы. Он не терпел размытых ответов и не прощал невыполненных обещаний.
«Успех порождает самодовольство. Самодовольство порождает провал. Только параноики выживают.»
Эта фраза стала названием его книги 1996 года и девизом его стиля управления. «Only the Paranoid Survive» — «Выживают только параноики».
Гроув имел в виду конкретное и практическое: руководитель обязан постоянно искать угрозы, даже когда всё хорошо. Особенно когда всё хорошо.
В середине 1980-х Intel оказалась в кризисе. Японские производители — Fujitsu, Hitachi, NEC — начали производить чипы памяти дешевле и лучше. Intel теряла рынок, который считала своим. Убытки. Сокращения.
В 1985 году Гроув задал Муру вопрос — знаменитый в истории менеджмента:
«Если бы нас уволили и совет нанял нового генерального директора — что бы он сделал?»
Мур ответил не сразу: «Ушёл бы из производства памяти».
Гроув помолчал. Потом сказал: «А почему бы нам не выйти отсюда и не сделать это самим?»
Intel вышла из производства памяти. Полностью. Уволила треть сотрудников. Сосредоточилась на микропроцессорах.
Это было одним из самых болезненных и правильных стратегических решений в истории технологической индустрии.
В 1987 году Гроув стал CEO Intel. За следующие одиннадцать лет капитализация компании выросла в сорок раз.
В 1997 году журнал Time назвал его «Человеком года». На обложке — фотография Гроува с подписью: «Человек, чьи идеи питают революцию».
Гроув умер в 2016 году от болезни Паркинсона. Большую часть своего состояния завещал на исследования рака и образование.
Что случилось дальше с Intel 4004
Через год после выхода 4004 Intel выпустила 8008 — уже восьмибитный, вдвое мощнее. В 1974-м — 8080. Именно на базе 8080 Билл Гейтс и Пол Аллен написали первую версию BASIC для микрокомпьютера Altair. Именно 8080 вдохновил молодых энтузиастов в Калифорнии строить персональные компьютеры в гаражах.
Один из этих гаражей принадлежал семье Джобсов в Лос-Альтосе.
Но это уже другая глава.
Закон Мура работал.
1978 год — 8086, 29 000 транзисторов.
1982 — 80286, 134 000.
1989 — 486, 1,2 миллиона.
2000 — Pentium 4, 42 миллиона.
2012 — Ivy Bridge, 1,4 миллиарда.
Каждые два года — примерно вдвое больше. Каждые два года — примерно вдвое мощнее. Каждые несколько лет — новый класс устройств, который был невозможен раньше.
К 2020-м транзисторы достигли размеров нескольких нанометров. Чип Apple M3 Ultra содержит 192 миллиарда транзисторов. Физические пределы начали проявляться — туннельный эффект, квантовые утечки, тепловыделение. Закон Мура замедлился.
Но за семьдесят лет он успел от кристалла германия размером с половину скрепки — до ста девяноста двух миллиардов транзисторов в процессоре, который помещается в ноутбук.
Конец четвёртой главы
Микрочип решил последнюю аппаратную задачу. Компьютеры стали маленькими, дешёвыми и быстрыми. Их можно было производить миллионами. Их можно было ставить в университеты, офисы, лаборатории — не по одному на город, а по несколько на этаж.
Но пока инженеры соревновались в количестве транзисторов на кристалле, в MIT происходило кое-что другое. Студент-аспирант сел за клавиатуру и написал программу — не для армии, не для бизнеса, не для науки. Просто потому что хотел посмотреть, что получится.
Он написал игру. И этим случайно запустил индустрию с оборотом в сотни миллиардов долларов.
О том, как Стив Рассел придумал Spacewar!, почему Нолан Бушнелл увидел в студенческой забаве бизнес и как аркадный автомат в баре Саннивейла изменил отношение людей к экранам навсегда — в следующей главе: История интернета. Глава 5 — видеоигры.