Ознакомительная версия.
Существовало три пути, по которым было возможно движение. Дискретные устройства были продолжением одиночных линеек транзисторов, которые создавались уже на тот момент (такие, как светоиспускающие диоды для панелей контроля). Линейные устройства использовали технологию полупроводников для конструирования аналоговых чипов (таких, как усилители для высокотехнологичных аудиосистем). На этом поприще свои гениальные способности проявил Боб Видлар. Наконец, существовали интегрированные устройства – интегральные микросхемы, которые изменили мир.
Также производители начали задумываться над материалом для конструирования чипов и способами их проектирования. Большая часть ранних транзисторов была сделана из германия – легированного изоляционного материала. Германий особенно устойчив к разрядам, радиации и теплу, что делало его подходящим для применения в авиакосмической и военной промышленности. К сожалению, кристаллы германия сложно вырастить без примесей и до определенного диаметра, нужного, чтобы затем разрезать его на пластины и чипы. Вот почему коммерческая чиповая индустрия остановила свой выбор на кремнии, который на сегодняшний день выращивается в цилиндрических кристаллах диаметром до 14-ти дюймов.
Из того, что кремний занимал доминирующую позицию в чиповой индустрии на протяжении последних тридцати лет, одержав победу над другими претендентами (например, искусственным сапфиром), вовсе не следует, что он сможет держать первенство вечно. Нанотехнологии могут снять вопрос о примесях и даже устранить необходимость выращивать огромные кристаллы.
Как мы уже успели увидеть, существуют два основных метода построения интегральных микросхем, различаемые по порядку и форме, в которых поочередно выкладываются кремниевые, не-кремниевые (эпитаксиальные) и металлические слои. Биполярный метод существенно более быстрый, а сам продукт более устойчив к теплу и радиации. С помощью метода металла-оксида-полупроводника (МОП) можно получить более хрупкий чип, который тем не менее способствует более высокому уровню интеграции, сто́ит меньше и более удобен для сборки из многих слоев. Хотя МОП выиграл эту гонку (и в ее ходе вывел нескольких участников, например, работодателя Боба Нойса – Philco – из игры), биполярный метод не исчез, заполнив собой определенную нишу. Как вы можете вспомнить, при своем создании Intel задумывалась как компания по производству биполярных транзисторов, так как Fairchild оставил позади большинство своих конкурентов, но лишь затем, чтобы провести всех и стать главным первопроходцем в создании МОП.
Новый вопрос, вставший перед молодыми компаниями по производству чипов, в частности, перед группой компаний, возглавляемых создателями Fairchild (называемых Fairchildren – дети Fairchild), сводился к следующему: какую разновидность чипа нам нужно сконструировать?
Перед ними стояло несколько возможностей. Логические чипы выполняют операции с входящими данными, которые определяются инструкциями программного обеспечения, управляющего компьютером или другой системой. Вместе они составляют центральный процессор (ЦП). Классическим логическим чипом был чип ТТЛ (транзистор-к-транзистору-логика).
Чипы памяти имеют два вида: чипы ЗУПД (запоминающее устройство с произвольным доступом; RAM) сохраняют большой объем данных на долгий период времени. Они являются полупроводниковым эквивалентом дисковой памяти. Эту память они по большей части вытеснили со всех запоминающих устройств (кроме самых больших) уже с момента появления второго поколения iPod компании Apple, заменивших крошечные магнитные диски на чипы с флеш-памятью. Заметим, что чипы ЗУПД не только потрясающе увеличили свою вместимость за последние пятьдесят лет (они являлись основой первоначального графика Гордона Мура), главным образом из-за того, что их было легче всего конструировать. Эволюционировала также и их структура – от статических ЗУПД (SRAM), которым требуются целых шесть транзисторов на один чип и которые сохраняют остаточную память даже после ее очистки, – до динамических ЗУПД (DRAM), которые не имеют себе равных по компактности, но сбрасывают всю информацию из памяти при выключении, и до флеш-памяти, которая является разновидностью памяти, предназначенной только для чтения, но с возможностью редактирования. Это обеспечило ей частоту применения, так как ее легко извлечь и переписать, а также сохранить память без очистки данных. Флеш-память наиболее популярна среди производителей карт памяти, или флеш-накопителей.
Обычно с чипов постоянно запоминающего устройства (ПЗУ, или ROM) можно считать информацию, но не так просто что-либо записать на них. Как правило, чипы ПЗУ содержат в себе оперативную память системы, включая ряд алгоритмов, по которым она выполняет различные задания, в их числе и правила оперирования данными, поступающими от ЗУПД и внешних запоминающих устройств. Для создателей чипов ЗУПД особенную трудность всегда представлял вопрос о возможности изменения этих алгоритмов после встраивания чипа в устройство без последующего его извлечения и замены. Решением этой проблемы стало изобретение чипов ЗУПД с возможностью извлечения (при помощи техники применения ультрафиолетового излучения) и перепрограммирования в процессе создания приборов.
Все эти чипы могли быть в изобилии найдены на главной печатной материнской плате мини-компьютеров 1960–1970-х годов. Другие чипы в еще больших количествах помогали управлять мощностью и движением данных по ЦП.
Тогда инженеры стали задаваться новыми вопросами. Зачем нужно так много чипов, если, благодаря Закону Мура, они становятся все меньше и мощнее? И, что еще важнее, почему все они должны быть монолитными, исполняющими лишь одну функцию? Если мы можем интегрировать один вид микросхем, почему нельзя попробовать сделать то же самое с другими видами?
Таким образом, в конце 1960-х началась работа по перенесению функций почти всех чипов с материнской платы компьютера на разные участки одного чипа, снабженного металлическими каналами, заменившими проводные соединения на печатной плате.
Результатом стал микропроцессор Хоффа-Фаджина-Шимы-Мэйзора, спонсированный компанией Intel, которая уже на протяжении сорока лет является его покровителем и главным разработчиком. К счастью нашего повествования, история Intel (после десятилетия, проведенного в непростом мире накопителей памяти и логических микросхем) во многом связана с этим микропроцессором, величайшим изобретением индустрии полупроводников (и, возможно, всей современной индустрии). Именно поэтому фокус истории смещается с ранних достижений на широчайшем поле полупроводниковых устройств на череду постоянных и предсказуемых видовых усовершенствований новых моделей микропроцессоров: 286-й, 386-й, 486-й, Pentium и т. д.
Ознакомительная версия.
