Продолжаем рассказывать о рождении и развитии индустрии полупроводников, транзисторов и микросхем, без которых были бы невозможны любые современные электронные устройства. В прошлой статье мы остановились на 1954 году, когда ученые из компании Texas Instruments создали первый кремниевый транзистор. В этом материале мы расскажем об изобретении интегральной микросхемы и процессора, создании первого массового компьютера и о состоянии полупроводниковой индустрии сегодня. 

Восьмерка предателей и изобретение интегральной микросхемы

В 1956 году изобретатель германиевого транзистора Уильям Шокли уволился из Bell Laboratories и создал собственную компанию Shockley Semiconductor. 

Фирма стала одним из первых крупных резидентов только что открытого технопарка Стенфордского университета в калифорнийском Пало-Альто. По одной из версий, Шокли предпочел Калифорнию Массачусетсу, главному инновационному центру Америки в те годы, из-за того, что рядом жила его мать. В будущем этот технопарк станет знаменитой Кремниевой долиной, но тогда о нем мало кто знал. 

Шокли решил пригласить в свою команду лучших молодых ученых страны. На призыв откликнулись тридцать талантливых инженеров и физиков. Многие из них потом совершили прорывные открытия, изменившие электронные технологии — но не в Shockley Labs. 

Вскоре компания начала трещать по швам. Оказалось, что Шокли — отвратительный руководитель. Он страдал от психологических проблем, делавших его склочным, эгоистичным и неспособным к компромиссу. В 1957 году он резко изменил направление исследований — вместо транзистора ученые начали работать над четырехслойным диодом, преимущества которого были не ясны никому, кроме него самого. 

В итоге в сентябре 1957 года восемь талантливых инженеров разругались с Шокли, и уволились из Shockley Labs. Нобелевский лауреат назвал их «предателями» — поэтому в историю они вошли как «предательская восьмёрка».

«Предатели» основали свою компанию. Финансирование им предоставил инвестор и предприниматель Шерман Фэйрчайлд, поэтому она получила название Fairchild Semiconductor. Восьмерка была очень мотивирована: своими исследованиями они хотели доказать неправоту Шокли. И у них это получилось. 

Fairchild Semiconductor перевернула индустрию полупроводников и на десятилетие стала ее лидером. Уже в 1959 году инженер Жан Эрни разработал планарную технологию производства транзисторов. Она позволила уменьшить утечки электричества и сделать транзисторы плоскими и компактными. По такой технологии они производятся и сегодня. Именно это открытие сделало возможным создание интегральной микросхемы. 

Главной проблемой электроники тех лет была перегруженность чипов проводкой — каждый элемент приходилось соединять с другим. При этом все они выделяли тепло и чипы быстро перегревались. Для того, чтобы исправить это, в 1959-1960 годах ученые придумали соединять их через единую подложку из полупроводникового материала. 

Примерно в одно время к созданию интегральной микросхемы пришли Роберт Нойс из Fairchild и Джек Килби из Texas Instruments. Без наработок друг друга и других инженеров из соперничающих команд у них вряд ли что-нибудь получилось. 

Но предприятия были конкурентами, а поэтому долго судились за первенство в изобретении интегральной микросхемы и патенты на нее. Лишь в 1966 году они пришли к мировому соглашению о перекрестном использовании технологий, при этом основной патент остался у Нойса. Но большую славу снискал Килби, который был награжден за создание интегральной схемы Нобелевской премией по физике — правда, лишь в 2000 году. 

Создание первого ПК

Появление интегральных схем произвело революцию в электронной промышленности и проложило путь для таких устройств, как мобильные телефоны, компьютеры и телевизоры. Тем не менее, первые интегральные схемы были медленными и заменяли лишь несколько электронных компонентов. Применялись они в основном в ВПК и аэрокосмонавтике — Fairchild стал лидером отрасли благодаря контрактам с НАСА.

Несмотря на то, что пионерами в области полупроводников и транзисторов стали такие компании, как Fairchild, Bell и Texas Instruments, первое серийное производство транзисторов удалось запустить не им, а IBM. Она же создала и первую серию компьютеров, в котором использовались микросхемы —  IBM Series / 360, поступивший в продажу в 1965 году. 

Этот компьютер стал не меньшим прорывом в индустрии, чем интегральная микросхема. В IBM S / 360 впервые был использован 8-битный байт, который стал стандартной единицей хранения информации. Также он стал первым компьютером с полной совместимостью приложений и одинаковым набором команд. Это означало, что клиент, у которого возрастали потребности, мог купить более совершенный компьютер, и легко перевести в него все свои задачи. С устройствами предыдущего поколения это было невозможно — при любой смене оборудования программу пришлось бы переписывать с нуля.

Другим компаниям совместимость дала возможность создавать компьютерное оборудование, которое можно было легко использовать вместе с S / 360. Вскоре появилась целая индустрия периферийных устройств для этих компьютеров. 

Все эти сильно увеличило спрос на компьютеры. Правда, позволить себе их могли лишь очень крупные игроки — так, модель S / 360 №25, вышедшая на рынок в 1968 году, стоила 253 тысячи долларов — с учетом инфляции сегодня это почти 2 миллиона долларов. 

От интегральной микросхемы к процессору

В 1960-х Fairchild стала самой крупной компанией Стэнфордского технопарка. В это время Кремниевая долина уже могла претендовать на статус главного центра инноваций в Америке. 

Но к концу десятилетия Fairchild растерял инновационный потенциал, и к 1968 году стала убыточной. В итоге ее покинули почти все ее основатели — многие из них попытались создать свои собственные фирмы, другие занялись наукой или венчурными инвестициями. 

«Предательская восьмерка» и ученые, пришедшие в Fairchild позднее, участвовали в создании десятков передовых компаний Кремниевой долины — либо напрямую как инженеры-инноваторы, либо как инвесторы и управленцы. Главными их детищами стали Intel, основанный Муром и Нойсом в 1968 году, и AMD, созданная последним управляющим директором Fairchild Джерри Сандерсом в 1969. 

В 1971 году Intel выпустил на рынок 4004 — первый микропроцессор, то есть универсальный микрочип, на котором было размещено 2300 транзисторов. Прежде компьютеры использовали несколько микросхем, выполняющих отдельные операции. Но микропроцессор мог заменить их все.  

С тех пор микросхемы стали во много раз более вместительными — на самых современных процессорах умещается уже около 5 миллиардов транзисторов. В электронике было совершено огромное количество открытий, но прорывов, имевших такое же значение, как создание кремниевого полупроводника или интегрированной микросхемы, больше не происходило. Историки технологий считают, что и сегодня мы живем в эпоху микропроцессоров. 

Состояние полупроводниковой индустрии сегодня

В 1970-х Кремниевая долина окончательно стала центром инноваций Америки. Многие инженеры, создававшие первые транзисторы, микрочипы и процессоры, стали миллионерами. Гордон Мур, покинувший этот мир в марте 2023 года, занимал некогда 66 место в мировом списке богатейших людей Forbes. Плохо кончил лишь Шокли — после развала его компании его психологические проблемы усугубились. Он стал пропагандировать расистские и евгенические идеи — например, стерилизацию глупых и безответственных людей, и стал изгоем.  

В 1965 году Гордон Мур, директор по исследованиям Fairchild Semiconductor, сформулировал закон, получивший его имя: количество электронных компонентов на чипе будет удваиваться каждые два года. Также он предсказал, что вместимость чипов станет основным параметром развития всей электроники. Прогноз оказался верным. 

В 1960-х компании производили несколько тысяч транзисторов в месяц. Одна штука стоила доллар (8 долларов сегодня). В 2014 году в американском Институте электрики и электронной инженерии посчитали, что на тот момент в мире производилось 8 триллионов транзисторов… в секунду. Тогда же обозреватель Forbes Джим Хэнди посчитал, что за всю историю было создано и продано почти 3 секстиллиона транзисторов. С каждым годом их количество в мире увеличивается примерно на 65% — так что сегодня их может быть около 50 секстиллионов. Примерно столько клеток в телах всех жителей Китая. 

Современный рынок полупроводников и микросхем оценивается в 573 миллиарда долларов. В отрасли доминируют американские компании, которые занимают около 50% рынка. На втором месте Корея — 24%. За ней следуют Япония и ЕС (по 9%), Тайвань (8%) и Китай (5%),

Топ-10 компаний по продажам (2021):

  1. Intel;

  2. Samsung;

  3. Taiwan Semiconductor Manufacturing Co. (TSMC);

  4. SK Hynix Inc.;

  5. Broadcom Corporation;

  6. Qualcomm;

  7. Micron Technology;

  8. Applied Materials;

  9. Nvidia Corporation;

  10. Texas Instruments.

С конца 1940-х во всем мире было выдано около 53 000 патентов на изобретения, связанные с полупроводниками. Более 43 000 из них — в США. Самые большие портфели патентов на полупроводники на сегодняшний день у американских Micron Technology, AMD, а также у тайваньской Macronix. 

О сервисе Онлайн Патент

Онлайн Патент — цифровая система № 1 в рейтинге Роспатента. С 2013 года мы создаем уникальные LegalTech‑решения для защиты и управления интеллектуальной собственностью. Зарегистрируйтесь в сервисе Онлайн‑Патент и получите доступ к следующим услугам:

  • Онлайн‑регистрация программ, патентов на изобретение, товарных знаков, промышленного дизайна;

  • Подача заявки на внесение в реестр отечественного ПО;

  • Опции ускоренного оформления услуг;

  • Бесплатный поиск по базам патентов, программ, товарных знаков;

  • Мониторинги новых заявок по критериям;

  • Онлайн‑поддержку специалистов.

Больше статей, аналитики от экспертов и полезной информации о интеллектуальной собственности в России и мире ищите в нашем Телеграм‑канале.

Получите скидку в 1000 рублей на первый заказ. Подробнее в закрепленном посте

Комментарии (8)


  1. victor_1212
    02.08.2023 20:58
    +3

    > Несмотря на то, что пионерами в области полупроводников и транзисторов стали такие компании, как Fairchild, Bell и Texas Instruments, первое серийное производство транзисторов удалось запустить не им, а IBM. Она же создала и первую серию компьютеров, в котором использовались микросхемы —  IBM Series / 360, поступивший в продажу в 1965 году. 

    насколько знаю система 360 была сделана на SLT, т.е. микросборка на керамике, первыми компьютерами на IC были Burroughs B2500, B3500 (1967), IBM стала использовать IC примерно с 1969 и только для памяти, 370 (1971) уже была сделана на IC, ниже картинка одной из IC ипользованных Burroughs

    серийное производство транзисторов начали примерно в одно время Western Electric, GE, Raytheon и др., (но не IBM), см сводку производства по 1952 году -

    http://www.rfcafe.com/references/radio-electronics/transistor-production-radio-electronics-july-1952.htm


  1. Myclass
    02.08.2023 20:58
    +8

    В 1971 году Intel выпустил на рынок 4004 — первый микропроцессор, то есть универсальный микрочип, на котором было размещено 2300 транзисторов.

    Не знаю, как описать своё разочарование. Вы попытались запихать в каждое предложение целые эпохи развития. Уже только при описании создания этого Intel 4004 надо остановиться, глотнуть воздуха и с расстановкой рассказать, как это происходило , что при том было создано итд. Иначе - как будто залпом выпить бокал вина, только для того, чтобы он быстро закончился.

    Противостояние по планар-технологии с Texas Instrument вообще как-то искаженно представлено.

    И Шокли был неплохим руководителем, пока ему не дали Нобелевскую премию. Потом он зазнался, и ни с кем из своих лучших сотрудников ни советовался и ни прислушивался к их мнению.

    Ещё добавлю. Нойс один из первых вообще создал культуру плоской организации фирм. Где руководитель вместе с подчинёнными делил общий зал, и стол в столвой. До этого в фирмах существовал кодекс поведения. Плюс - своего рода идея создавать своего рода start-up тоже обозначилась тогда, когда из/под Fairchil создавалось неимоверное количество маленьких компаний.

    Ещё одно дополнение. Не связанная с полупроводниками, но всё-же. Когда семёрка решила уйти от Шокли, то они посчитали, что это они сделают только, если Нойс к ним подключится.После недолгих уговоров они встретились в одном ресторане и неимея ничего под рукой взяли восем однодолларовых купюр и каждый подписался на них. Это был их договор.


    1. Art3
      02.08.2023 20:58
      +5

      «История полупроводников» в двух абзацах и в двух частях, вы в своём комментарии рассказали больше интересных фактов, чем эти копирасты, хотя одним они все таки «блеснули»: «Примерно столько клеток в телах всех жителей Китая», - бог мой, куда катится Хабр?

      Отвратительный материал!


  1. saipr
    02.08.2023 20:58
    +2

    Я познакомился с микросхемами, причём с советскими в 1978 году:

    пришёл капитан Мартынов Володя. Он пришёл в отдел, полон новых идей.
    Когда он узнал, что я привёз из отпуска микросхемы серии К155, то он предложил сделать электронные часы для части. Я был непротив. Ещё был у нас в отделе и уникальный прапорщик Володя Авдохин (позже экстерном сдал на офицерское звание и получил его). Вот они вдвоём и взялись за реализацию данной идеи. Доложили командиру части полковнику Кирилину Н.Г., тот поддержал идею, выделил необходимые ресурсы и работа закипела.
    Корпус был изготовлен из пластин гетинакса. Дизайн был «советский», функциональный, без излишеств. Часы были повешены в штабе части (жалко фотографии нет) и стали гордостью командира части. Все участники были поощрены.


  1. kgenius
    02.08.2023 20:58
    +2

    "92-летний Гордон Мур сегодня №66 в мировом списке богатейших людей Forbes"
    Го́рдон Эрл Му́р (англ. Gordon Earle Moore; 3 января 1929 (1929-01-03), Сан-Франциско, Калифорния — 24 марта 2023, Гавайи) 


    1. gregyku
      02.08.2023 20:58

      Благодарю, исправили. Думали, что дедушка доживет до 100 лет:)


  1. Shaman_RSHU
    02.08.2023 20:58
    -1

    Каждый раз начинаю читать и каждый раз всё быстро заканчивается. Почему Ваши статьи такие короткие?


  1. ioccy
    02.08.2023 20:58

    Шокли не изобретал транзистор.