От когерера — к микропроцессору

Для истории человечества сто лет — это почти мгновение. Но как много меняется в жизни людей за этот относительно короткий срок? Если бы мы жили в древние века, изменения были бы едва заметны: от поколения к поколению орудия труда оставались практически неизменными. Например, соха, использовавшаяся дедом, могла быть лишь немного другой по форме у внука.

С приближением нашего времени количество изобретений и открытий значительно возросло. Сначала это были географические открытия, затем к ним присоединились достижения естествоиспытателей. Однако на рубеже XIX–XX веков возникла новая наука и новый раздел техники, о которых я хотел бы рассказать подробнее.

Я прошу читателя не воспринимать этот текст как главы учебника истории или как теоретические основы электротехники для вузов. Учитывая, что многие из нас родились и жили в СССР, я уделю больше внимания ученым нашей страны и их выдающимся изобретениям.

Первые шаги

Основной вехой в зарождении и развитии радиотехники и электроники можно считать 7 мая 1895 года, когда А.С. Попов продемонстрировал на заседании Русского физико-химического общества первый прибор для регистрации электрических колебаний. Этот день впоследствии стал отмечаться как День радио.

Конечно, попытки исследовать природу электрического тока предпринимались задолго до этого. Приборы, использовавшиеся для таких целей, часто были громоздкими и несовершенными, хотя некоторые из них дошли до нашего времени в измененном виде. Например, лейденская банка, ставшая прообразом современных конденсаторов, о которых пойдет речь ниже.

Существует шутка: «Попов изобрел радио, включил — а слушать нечего». Однако на самом деле слушать было что. Приемник Попова позволял регистрировать радиомагнитные импульсы, возникающие во время грозовых разрядов — молний. Именно поэтому прибор и получил название «разрядоотметчик», а затем — «грозоотметчик».

Одним из элементов такого приемника был когерер — стеклянная трубочка, наполненная металлическими опилками, которые резко увеличивали свою проводимость при прохождении тока грозового разряда. Для возврата в исходное состояние использовался электрический звонок, который встряхивал опилки. В то время электрический ток уже постепенно входил в быт как источник энергии для освещения, дверных звонков и телеграфных аппаратов. Телефон также становился популярным устройством: его угольный микрофон почти не изменялся конструктивно вплоть до появления цифровых АТС. Это позволяло даже школьникам создавать линии связи длиной в десятки и сотни метров без усилителей, используя лишь батарею, наушники и моток провода.

Электрическим током стали пользоваться все чаще, но ниша беспроводных технологий оставалась слабо занятой, хотя многие изобретатели пытались ее освоить. Известен спор о первенстве с Маркони, который немного усовершенствовал изобретение Попова и с помощью рекламы присвоил себе пальму первенства.

Вернемся к когереру — одному из первых значимых элементов того времени. Он стал прототипом современных варисторов — приборов, способных резко увеличивать свою проводимость под воздействием электрического тока. Позже Попов с коллегами заменил металлические опилки на другие материалы с окислами на поверхности для повышения чувствительности и упрощения схемы.

Конструкция и материалы детекторов постоянно менялись и усовершенствовались. Например, в 20-е годы XX века сотрудник Нижегородской радиолаборатории О.В. Лосев разработал приемник с кристаллическим детектором («кристадин» Лосева), который стал прототипом современных полупроводниковых диодов. Эти устройства могли не только принимать сигналы с небольшим усилением, но и сами генерировать высокочастотные колебания.

Продолжая эксперименты с детекторами, Лосев случайно обнаружил слабое холодное свечение кристалла карборунда под действием электрического тока, которое получило название «свечение Лосева». Несмотря на уникальность открытия, практического применения оно долго не находило из-за низкой яркости. Однако позже это открытие послужило основой для разработки современных светодиодов.

Возвращаясь к началу XX века, мы видим новые революционные изменения в аппаратуре. Старые конструкции передатчиков продолжали совершенствоваться, но принцип действия оставался прежним — аналогичным грозовым разрядам. Интересна конструкция Ходынской искровой радиостанции: искровый разрядник весом около 500 кг вращался со скоростью 1200 об/мин и позволял российскому Генштабу поддерживать связь со своими союзниками — странами Антанты. На других радиостанциях предпринимались попытки наложить звук на искровые разряды с использованием угольного микрофона, однако качество звука оставляло желать лучшего — многие слова было трудно разобрать.

Электровакуумные приборы. Лампы

Естественно, пытливый ум изобретателей всегда стремился к новым открытиям, а нередко они усовершенствовали уже известные явления. Так, в 1905 году Джон Флеминг запатентовал «прибор для преобразования переменного тока в постоянный». Основой этого устройства стал «эффект Эдисона», замеченный ранее: улучшая конструкцию осветительной лампы накаливания, Эдисон ввел в колбу дополнительный электрод и обнаружил, что ток может проходить через вакуум от раскаленной нити. Это открытие стало неожиданным, так как считалось, что вакуум не проводит электрический ток. Эдисон открыл явление, позже названное «термоэлектронной эмиссией», которое легло в основу работы современных электронных ламп.

Изменив конструкцию Эдисона, Флеминг создал первую вакуумную электронную лампу с двумя электродами — катодом и анодом (диод). Интересно, что уже через год инженер Ли Де Форест добавил в лампу третий электрод («сетку»), что позволило получить усилительный эффект: при небольших изменениях тока на сетке ток между катодом и анодом значительно изменялся. Такую лампу назвали триодом — по количеству электродов. Триоды не только усиливали сигнал, но и могли генерировать его. Это открытие сделало возможным создание мощных передатчиков, способных транслировать звук, а также усилителей.

С этого момента лампы заняли значительное место среди электронных приборов. Их конструкции и характеристики постоянно улучшались: добавлялись новые электроды, что приводило к появлению новых типов радиоламп — тетродов, пентодов и других. В одном корпусе могли размещаться несколько ламп (чаще всего две). Конструкция отдельных электродов также претерпела изменения: например, А.А. Чернышев в 1921 году предложил подогревать катод отдельной спиралью — «накалом». С увеличением количества типов и модификаций ламп возникла потребность в единой системе обозначений.

В СССР в начале 1950-х годов был введен ГОСТ, согласно которому названия радиоламп состояли из четырех элементов (существовал и пятый — необязательный). Первый элемент обозначал округленное напряжение накала, второй — тип лампы, третий — номер разработки, а четвертый — конструктивное исполнение. Например, название популярной лампы 6П14П расшифровывается так: 6 — напряжение накала (6.3 В); П — выходной пентод; 14 — номер разработки; П — «пальчиковая» — стеклянный баллон.

Я не буду углубляться в излишние подробности. Более подробно с характеристиками и названиями вы можете ознакомиться в специализированной литературе.

Применение радиоламп долгое время позволяло решать различные задачи: на них создавались мощные каскады передающих устройств, усилителей и высоковольтных выпрямителей (кенотронов). Некоторое время они были даже составной частью ЭВМ. Однако размеры таких устройств и их быстродействие оставляли желать лучшего, не говоря уже о потребляемой мощности и тепловыделении. В среднем такие вычислительные машины состояли из нескольких тысяч электронных ламп и требовали сотен киловатт электроэнергии для работы. Представляю себе техников того времени с полными карманами запасных ламп для замены.

Даже с появлением полупроводниковых приборов радиолампы продолжали эффективно работать в сложных условиях: при высокой температуре окружающей среды — например, в геофизических исследованиях или военной технике (радиолокационные станции). В первом искусственном спутнике Земли («Спутник-1») использовались лампы сверхминиатюрных серий. Это объяснялось тем, что транзисторы того времени были малопригодны для частот передатчиков 20 и 40 МГц; их надежность была ниже по сравнению с лампами, особенно при высоких температурах внутри спутника. Однако это потребовало использования довольно увесистых анодных и накальных аккумуляторов для питания.

Сегодня лампы успешно применяются в некоторых ограниченных областях. Например, магнетрон в микроволновых печах является мощным источником СВЧ-излучения. Фраза «теплый ламповый звук» стала популярной среди меломанов и блогеров. Некоторые современные высококачественные усилители звука могут похвастаться наличием одной или нескольких ламп на борту. Споры о разнице в звучании транзисторных и ламповых усилителей ведутся уже много лет. Интересно отметить, что объективные измерения некоторых характеристик (например, коэффициента искажений или частотного диапазона) не выявляют значительных различий и иногда даже свидетельствуют в пользу транзисторных усилителей. Тем не менее, многие отмечают, что «лампы» звучат иначе — возможно, лучше и уж точно теплее, исходя из нагрева окружающего пространства.

Несмотря на очевидные преимущества, у ламп есть значительные недостатки: прежде всего, их размеры, необходимость высоковольтного питания анода и энергозатраты на накал. Использование ламп в портативной аппаратуре становилось все сложнее — прогресс требовал более компактных устройств.

Полупроводниковые приборы. Диоды и транзисторы

Во время Второй мировой войны, а особенно в послевоенный период, резко возрос интерес к полупроводниковым приборам, в том числе для военных нужд. Ученые многих стран сосредоточили свои усилия на создании компактных твердотельных (полупроводниковых) устройств.

Некоторые изобретения в области полупроводниковых материалов начали находить практическое применение еще в 30-40-х годах прошлого века. Например, купроксные (медно-закисные) выпрямители, которые вскоре были заменены более совершенными селеновыми, использовались в бытовой технике и сохраняли свою актуальность на протяжении долгого времени. Даже в 60-е годы радиолюбители изготавливали детекторы на основе различных «подручных» материалов для самодельных радиоприемников. Несмотря на то, что промышленность уже выпускала высокочастотные диоды, их нехватка (особенно в отдаленных районах) и энтузиазм радиолюбителей побуждали их создавать такие элементы самостоятельно. Это было вполне объяснимо: радиоприемники были очень простыми, состояли всего из четырех-пяти компонентов и позволяли без батареек или аккумуляторов принимать мощные радиостанции.

Популярность детекторных приемников была велика, и интерес к ним возрастал благодаря возможности находить и исследовать новые сочетания контактных пар детекторов. Однако чаще всего использовались уже известные комбинации: графит — сталь и гален — сталь. В первом случае применялись грифель карандаша и лезвие бритвы, во втором — гален, который изготавливался из кусочка свинца, сплавленного с серой в пробирке.

Интересно отметить, что на YouTube можно найти ролик под названием «Самодельный галеновый детектор», в котором рассказывается о том, как в наши дни можно изготовить такой кристалл, и продемонстрирована его работа в действующем радиоприемнике. Конечно, всегда можно использовать и готовый промышленный диод…

• Видео (MP4, 111 МБ)

Полупроводниковые детекторные и выпрямительные диоды постепенно заняли свое место на рынке к середине прошлого века. Однако для приборов, обладающих усилением и не основанных на принципе термоэлектронной эмиссии, путь был более тернистым.

Первые попытки создать твердотельный усилитель не были полностью успешными. Основными причинами неудач стали недостаточное теоретическое обоснование и стремление повторить ламповый триод «по образу и подобию», добавив в полупроводниковый выпрямитель дополнительный электрод — «сетку». Некоторые из первых разработок не были доведены до стадии макета, а более работоспособные устройства, созданные в 1938 году Робертом Полем и Рудольфом Хилшем, не получили практического применения. Эти приборы требовали высокой температуры (кристалл специально нагревался), а их быстродействие было крайне низким: они могли усиливать только сигналы очень низких частот, и коэффициент усиления оставался невысоким.

Изучив работы предшественников, включая советских физиков А.Ф. Иоффе и Б.И. Давыдова, сотрудники Bell Labs Уильям Шокли и Джон Бардин в декабре 1947 года представили первый действующий транзистор. Название «транзистор» произошло от английских слов transconductance (проводимость) и varistor (управляемое сопротивление).

Стоит отметить, что столь краткое описание истории изобретения транзистора не отражает всей сложности этого процесса: разработки осуществлялись учеными и изобретателями практически во всех ведущих странах, а поиск решений нередко был ошибочным и непрямолинейным. Например, точечные транзисторы, изначально разработанные Шокли и Бардином, хоть и выпускались серийно, оказались малопригодными из-за нестабильных характеристик и вскоре были заменены плоскостными транзисторами. Интересно, что точечные транзисторы появились в результате случайного открытия: первоначально задача заключалась в создании полевого транзистора.

В нашей стране также активно велись работы по созданию отечественных транзисторов и диодов. Еще в довоенные годы советский физик В.Е. Лашкарев открыл полупроводниковый эффект закиси меди и во время эвакуации разработал производство диодов на основе этого материала. Сразу после войны одной из задач стало создание полупроводниковых детекторов для радиолокационных станций.

Одной из организаций, занимающихся этой задачей, было секретное НИИ-160 (ныне НПП «Исток»). Параллельно там проводились исследования и разработки новых полупроводниковых приборов — прототипов транзисторов.

В 1948 году инженер НИИ-160 А.В. Красилов опубликовал статью в «Вестнике информации» о первом транзисторе под названием «Кристаллический триод». А уже через год в том же НИИ А.В. Красилов и выпускница МХТИ С.Г. Мадоян создали макет первого точечного германиевого транзистора. Со временем лаборатория Красилова была переведена в НИИ-35 (ныне «Пульсар»).

Конечно, нельзя не упомянуть Жореса Алферова, который, изучая свойства полупроводников, в частности, гетероструктур, открыл явление «сверхинжекции». Это открытие стало революционным прорывом в квантовой и оптической электронике.

В этом успехе немалую роль сыграл А.Ф. Иоффе, создавший уникальный коллектив физиков, который вывел советскую науку на мировой уровень. Сам Иоффе активно занимался подобными исследованиями в предвоенные годы. Возможно, первый транзистор появился бы в СССР, если бы не вынужденная переориентация работ в 1942 году по распоряжению Государственного комитета обороны «Об организации работ по урану», что привело к созданию ядерной бомбы.

К концу 50-х годов стало очевидно, что разработка и использование полупроводников в электронике имеют большие перспективы. В принятом плане на «семилетку» 1959-1965 годов акцентировалось внимание на расширении действующих и создании новых предприятий полупроводниковой промышленности.

В 1959 году было основано несколько таких заводов, например, Александровский и Воронежский. Вскоре началось строительство жилых домов, институтов и заводов в новом городе-спутнике Москвы — Зеленограде, где микроэлектроника сыграла градообразующую роль. Об этом аналоге «силиконовой долины» я расскажу немного позже.

В результате выпуск полупроводниковых приборов начал стремительно расти: с 1960 по 1970 годы он увеличился почти в десять раз. Изготовление электровакуумных ламп продолжалось, но темпы их роста были гораздо ниже: за тот же период выпуск увеличился всего в два раза.

Очевидно, что роль электроники для народного хозяйства и обороны страны возросла, особенно с появлением полупроводников. Если обратиться к статистическим данным, можно увидеть, что общий рост объема производства в промышленности СССР за десять лет составил около 220%, тогда как в электронной промышленности — около 750%.

Важную роль в этом процессе сыграла работа Госкомитета по электронной технике, организованного в 1961 году. В структуре комитета выделялись несколько направлений, основными из которых были полупроводниковая электроника и начинающая развиваться микроэлектроника (о ней пойдет речь в следующей главе).

Также акцентировалось внимание на комплексной стандартизации и унификации изделий. Со временем появилась классификация и система обозначений для транзисторов.

В основу системы был положен цифробуквенный код, элементы которого обозначают материал полупроводника (германий, кремний или арсенид галлия), подкласс транзистора (полевой или биполярный) и функциональные возможности. Я намеренно упростил этот перечень элементов, чтобы не перегружать читателя излишней информацией.

Приведу пример расшифровки обозначения популярного транзистора КТ315А: это кремниевый биполярный маломощный высокочастотный транзистор группы А. Таким образом, мы можем ознакомиться с основными характеристиками и особенностями транзисторов.

Итак, выбор материала полупроводника постепенно сузился до германия (Ge), кремния (Si) и арсенида галлия (GaAs). В последнее время набирают популярность приборы на основе карбид-кремния (SiC) и других технологий.

Однако изначально в промышленном производстве преобладали германиевые транзисторы. Хотя они по некоторым параметрам (о которых до сих пор спорят аудиофилы) могут быть лучше кремниевых, недостатки германиевых транзисторов были очевидны. Кремний гораздо более распространен на Земле, что объясняет высокую себестоимость добычи германия и, соответственно, цену транзисторов на его основе. У германиевых приборов максимальная рабочая температура заметно ниже; они менее устойчивы к нагреву, а их параметры при этом значительно ухудшаются. Существуют и другие показатели (например, ток утечки), которые могут быть интересны более подготовленным читателям.

Кремниевые транзисторы более стабильны и могут работать при более высоких температурах без риска выхода из строя. Поэтому современные транзисторы в подавляющем большинстве случаев являются кремниевыми (буква «К» в названии указывает на это).

Вторая буква в названии обозначает подкласс: Т — биполярные транзисторы, П — полевые. Остальные цифры указывают на наиболее характерные эксплуатационные признаки, такие как мощность.

Первые серийные транзисторы и опытные макеты обычно были маломощными. Однако благодаря увеличенному корпусу один из первых приборов — П3 — оказался мощнее П1 и П2 (это старое обозначение транзисторов).

У современных транзисторов диапазон мощностей варьируется от милливатт до сотен ватт и определяется в основном технологическими особенностями, а также конструкцией и размерами корпуса.

Вспоминается аудиоаппаратура 90-х годов, завезенная из Китая. На корпусах многих кассетников с «блестящими» светодиодами гордо красовались надписи «PMPO 100 W» или даже «PMPO 1000 W», что означало выходную мощность этих «бумбоксов». При этом потребляемая мощность могла составлять всего десять-двадцать ватт… Это была пиковая мощность — так называемые «китайские ватты», которые производители могли указывать практически произвольно.

Я не зря отметил малый вес такой аппаратуры: опытные мастера рекомендуют выбирать аудиоусилитель не в последнюю очередь по весу. Для достижения «больших ваттов» требуются увесистые радиаторы и солидные трансформаторы (да-да, это также касается импульсных блоков питания, хотя не так заметно).

Закончу описание транзисторов их частотными свойствами, то есть тем, насколько эффективно они могут усиливать или генерировать колебания на высоких частотах. С увеличением частоты коэффициент усиления транзисторов падает, и чем выше граничная (или предельная) частота, тем более высокочастотным считается транзистор. Первые транзисторы были достаточно низкочастотными и с трудом преодолевали отметку в сотни килогерц. Одними из первых высокочастотных (ВЧ) транзисторов стали модели П401, П402 и П403, а затем — П416.

В некоторых публикациях упоминается, что транзисторы П401, обладающие максимальной частотой 30 МГц, использовались в аппаратуре связи спутника «Луна-1». Это утверждение вызывает некоторые споры, но не лишено смысла: на спутнике действительно было несколько передатчиков. Хотя на высоких частотах транзисторы не могли работать, на 19 МГц это вполне возможно.

Современные транзисторы успешно применяются как на низких, так и на высоких частотах, вплоть до гигагерц. Некоторые из них, такие как арсенид-галлиевые (GaAs) и нитрид-галлиевые (GaN), способны работать на частотах до десятков гигагерц.

Обозначения в названиях импортных транзисторов и диодов также подчиняются определенным системам. Чаще всего можно встретить маркировку в соответствии с европейской системой классификации и системой JEDEC (США). Обе системы используют цифробуквенные коды. Кстати, по названию часто можно определить основные характеристики без обращения к справочнику. Например, диод Шоттки MBR20200 имеет максимальный прямой ток 20 А и максимальное напряжение 200 В. В последнее время преобладают транзисторы (как и многие другие элементы) в специальных корпусах для поверхностного монтажа (SMD — surface mount devices). При этом методе элементы не вставляются в отверстия печатной платы. Размеры таких корпусов обычно небольшие и не позволяют наносить полную маркировку. На них указывается короткий SMD-код, который затем необходимо расшифровать. Поэтому интерпретация такого кода может быть довольно сложной задачей.

Не менее занятной была расшифровка цветных и кодовых обозначений элементов 80-90-х годов: набор символов и цветных точек использовался для обозначения их названия. Если элементы оказывались без подписанной упаковки, они часто оставались безымянными.

Микросхемы

Если заглянуть внутрь транзистора, под его корпус, или рассмотреть его бескорпусный вариант, станет очевидно, что кристалл транзистора мал, а сам корпус значительно больше. Это необходимо для эффективного отвода тепла и других технологических целей.

Возникает вопрос: не стоит ли соединить несколько бескорпусных транзисторов на одной плате? В этом случае размеры устройства резко уменьшатся и их можно будет использовать как элементы схемы или в качестве готового отдельного изделия. Таким образом, мы создадим микромодуль или микросборку с заранее известными параметрами. Видимо, именно так рассуждали разработчики первых таких устройств.

В 50-60-х годах подобные устройства время от времени появлялись в бытовой аппаратуре, но чаще использовались в специализированных разработках, например, в военной технике, поскольку их надежность была выше при меньших габаритах.

Если вспомнить ламповые ЭВМ того времени, то с появлением транзисторов площадь, занимаемая этими вычислительными машинами, значительно уменьшилась. Теперь они занимали «всего лишь» отдельную, хотя и огромную лабораторию.

Так как вычислительные машины и комплексы состоят в основном из множества часто повторяющихся схемотехнических блоков и элементов, возникает идея заменить эти узлы готовыми микромодулями. Хотя на первый взгляд это кажется изящным решением, на практике его реализация оказывается сложной: элементы модуля и сами модули соединяются проводами, что требует значительных затрат времени и может привести к ошибкам из-за человеческого фактора.

Поэтому возник план создать блок без проводов, где элементы внутри будут соединены и изолированы отдельными слоями. В 1952 году британский радиоинженер Джеффри Даммер выдвинул идею разместить элементы на едином кристалле. Были предприняты попытки реализовать эту концепцию, но не все они увенчались успехом: технологии изоляции этих элементов еще не были развиты.

К концу 1958 года Джон Килби решил ряд проблем, препятствовавших изготовлению микросхем. Основываясь на работах других авторов, чьи изобретения позволяли соединять и изолировать компоненты на одном кристалле, Килби создал первые прототипы и со временем довел их до серийного производства. Это даже привело к патентной войне.

Советские инженеры также активно занимались исследованиями. Однако в условиях жесткой изоляции страны от обмена достижениями через торговлю патентами и технологическим оборудованием они разрабатывали собственные решения.

Уже в 1961 году в Таганрогском радиотехническом институте Л.Н. Колосов, В.Д. Адамчук и другие сотрудники создали первую интегральную схему на основе германия. Чуть ранее разработчики КБ Рижского завода полупроводниковых приборов создали образцы логических элементов, которые также были германиевыми, как и микросхемы Килби. Параллельно работы по микросхемам велись в НИИ-35 (НИИ «Пульсар»). В конечном итоге стало очевидно, что германий малоперспективен для подобных разработок, и его заменили на кремний в том же НИИ. В то время в СССР и других странах не было четких представлений о технологиях изготовления микросхем; специалисты работали параллельно, часто для военного ведомства и без излишней огласки. Поэтому первенство в изобретениях не всегда принадлежало одному коллективу. Это напоминало анекдот: «Оружие секретное — и ученые пока о нем не знают». Серьезно осознавая важность применения твердотельных интегральных схем, в нашей стране понимали необходимость активно развивать микроэлектронику. В результате решения Исполкома Моссовета населенный пункт в районе ст. Крюково был преобразован в город районного подчинения — Зеленоград. В этом городе-спутнике Москвы строился центр микроэлектроники, создавались новые НИИ и КБ. Для подготовки специалистов был открыт вуз — МИЭТ. Инициатором и организатором этого проекта стал А.И. Шокин, занимавший должность Председателя Госкомитета по электронной технике. Помимо Москвы, возникли и другие крупные центры электронной промышленности, например, НПО «Электроника» в Воронеже и объединение по выпуску микросхем «Интеграл» в Минске. Количество выпускаемых микросхем за 10 лет (начиная с 1970 года) увеличилось в 46 раз. Гибридная технология микросхем перестала разрабатываться, основным направлением стала планарная технология. Недостаток гибридной технологии был очевиден: она больше напоминала микромодуль с отдельными элементами — конденсаторами, резисторами и навесными транзисторами. Конденсаторы, хотя и не имели объема «лейденской банки», все равно выделялись своими габаритами, что увеличивало трудоемкость изготовления и размеры таких микросхем. Основой планарной технологии является фотолитографический процесс, при котором создаются защищенные и незащищенные фоторезистом области, которые затем подвергаются соответствующей обработке. Незащищенные участки удаляются (проявляются), а операции и циклы повторяются. При этом необходимо точно совмещать фотолитографические изображения.

Чтобы было понятнее, можно упростить описание: на кремниевую пластину последовательно наносятся микроскопические «рисунки», которые после обработки становятся проводниками, изоляторами, транзисторами и другими элементами. Эта более эффективная технология позволила увеличить количество элементов в одном кристалле и к началу 70-х годов перейти к выпуску БИС — больших интегральных схем.

Чтобы соответствовать уровню лучших мировых достижений, в СССР были разработаны микросхемы для аппаратуры связи, запоминающих устройств и ряд цифровых серий — 133, 155, 500 и других.

В 1971 году инженеры компании Intel — Гордон Мур, Роберт Нойс и присоединившийся к ним Федерико Фаджин — совместными усилиями спроектировали и выпустили комплект микросхем для калькулятора, состоящий из микропроцессора 4004, модулей памяти 4002 и интерфейсной микросхемы 4003. Процессор работал на частоте около 700 кГц (0,7 МГц) и содержал 2300 транзисторов. Чуть позже был запущен проект 8008 — восьмибитный процессор (который практически повторял архитектуру 4004), а затем достаточно популярный 8080. Последний уже имел частоту 2-4 МГц и технологию производства 6 мкм (цифры указывают на разрешение литографического процесса в микрометрах или нанометрах и напрямую связаны с размерами транзисторов внутри микросхемы).

В СССР были созданы клоны этого микропроцессора под названием К580ИК80 (и его немного улучшенный вариант КР580ВМ80).

Небольшой оффтоп: разговоры о том, кто у кого скопировал «внутренности» микросхемы, непродуктивны. Даже если мы что-то позаимствовали, для повторения и выпуска микропроцессоров необходимо было создать фотолитографическое оборудование на уровне лучших мировых образцов, вырастить кристаллы кремния и производить из них пластины-заготовки с высокой чистотой. Весь технологический процесс требовал наличия специалистов с соответствующими знаниями на специализированных предприятиях. Просто так достичь этого невозможно.

Перед отраслью была поставлена задача — создать к концу 70-х годов производство быстродействующих процессоров с топологическими нормами 1–1,2 мкм.

В целом, выпуск микропроцессоров стал массовым, как и увеличивающееся количество их типов и названий. Гордон Мур даже сделал наблюдение (закон Мура), согласно которому каждые два года количество транзисторов в кристалле удваивается, что приводит к повышению частоты и производительности процессоров (прогноз Давида Хауса).

Описывать современные процессоры — дело неблагодарное: их сейчас великое множество.

На микроэлектронике России «перестройка» 90-х годов сказалась не лучшим образом. И по сей день выпуск новых микропроцессоров тормозится не столько их разработкой (она ведется), сколько нехваткой оборудования для соответствующего технологического процесса. Однако государство старается решать эту проблему.

Из современных российских производителей и разработчиков микроэлектроники (включая процессоры) можно отметить компании «Микрон», «Ангстрем», «Байкал Электроникс» и другие; это далеко не полный перечень подобных предприятий. С распадом СССР продолжает свою деятельность бывшее ОАО «Интеграл» (Минск, Беларусь).

К современным российским процессорам с достаточно высокой производительностью можно отнести «Эльбрус», «Байкал» и «Комдив». Большинство из них не предназначены для гражданских нужд. Размер техпроцесса уменьшился. Конечно, это не фантастические цифры, но не нанометром единым…

Заключение

Человечество прошло огромный путь от первых робких экспериментов с когерерами до создания невероятно мощных микропроцессоров, которые сегодня управляют всей нашей жизнью. Развитие электроники стало настоящей магией, способной воплотить фантастические идеи в реальность.

И, возможно, именно сейчас, в эту самую минуту, где-то в лаборатории или домашней мастерской зарождается то, что через десятилетия станет новым символом прогресса. Ведь главное, что мы унаследовали от первооткрывателей, — это жажда познания и стремление делать невозможное возможным.

Уважаемые читатели, а какие технологические изобретения за последние 100 лет произвели на вас самое большое впечатление?