Текст книги "Инноваторы. Как несколько гениев, хакеров и гиков совершили цифровую революцию"

Автор книги: Уолтер Айзексон

сообщить о нарушении

Текущая страница: 16 (всего у книги 46 страниц) [доступный отрывок для чтения: 17 страниц]

Версия Нойса

Часто разные пути ведут к одним и тем же изобретениям. Нойс и его коллеги по Fairchild пришли к идее создания микрочипа с другой стороны. Все началось с того, что они столкнулись с неприятной проблемой: их транзисторы работали не очень хорошо. Многие выходили из строя, когда на них оседало даже небольшое количество пыли или они попадали под воздействие какого-нибудь газа. Ломались они и при резком встряхивании или толчке.

Джин Хорни – он тоже был из “вероломной восьмерки”, работавшей в Fairchild, – вышел с оригинальным предложением. Поверхность кремниевого транзистора следует покрыть тонким слоем окиси кремния – как торт покрывают глазурью. Этот слой будет предохранять кремний. “Создание окисного слоя… на поверхности транзистора, – записал он в своей лабораторной тетради, – защитит переход, подвергающийся в противном случае воздействию загрязнения”⁶.

Назвали этот метод “планарная технология” из-за плоского слоя оксида на поверхности кремния. Однажды утром в январе 1959 года (после того, как Килби сформулировал свои предложения, но еще до того, как был получен патент или о них было объявлено), когда Хорни принимал душ, на него снизошло еще одно “озарение”: в этом защитном слое оксида можно сделать малюсенькие окошечки, чтобы примеси могли диффундировать в необходимые, точно определенные места, гарантируя требуемые полупроводниковые свойства. Нойсу понравилась идея “сделать транзистор внутри кокона”. Он сравнил ее с “организацией операционной в джунглях: надо поместить пациента в пластиковый мешок, внутри которого и проводить операцию, и так избавиться от мошкары, слетающейся на рану”⁷.

Роль юристов, занимающихся патентами, состоит в том, что они должны защищать хорошие идеи. Но иногда случается, что они их стимулируют, чему примером служит планарная технология. Чтобы подготовить заявку, Нойс связался с Джоном Ролсом, юристом-патентоведом в Fairchild. А Ролс начал приставать к Хорни, Нойсу и их коллегам с вопросом: как планарную технологию можно использовать на практике? Ролс старался нащупать как можно больше возможностей использования этого устройства, чтобы все они попали в заявку на патент. Нойс вспоминает: “Ролс от нас все время требовал ответить: «Что еще можно с этим сделать, что еще должно быть защищено патентом?»”⁸

Тогда идея Хорни сводилась только к созданию надежно работающего транзистора. Им еще не пришло в голову, что планарная технология с ее крошечными окошечками, которые можно протравить на одной кремниевой пластинке, позволяет разместить на ней большое количество транзисторов разных типов и другие элементы схемы. Но настойчивые вопросы Ролса заставили Нойса задуматься. Весь январь он вместе с Муром прикидывал разные возможности, рисовал что-то на доске в своем кабинете, а затем делал короткие записи в блокноте.

Сначала Нойс сообразил, что планарная технология позволяет избавиться от торчащих из транзистора проволочек. Вместо них на поверхности слоя окисла можно пропечатать небольшие медные линии. Это ускорит производство транзисторов и сделает их надежнее. Это натолкнуло Нойса на следующую мысль: если пропечатанные медные соединения можно использовать для связи разных мест одного транзистора, ими также можно связать несколько транзисторов, помещенных на одной и той же кремниевой пластинке. Планарная технология с ее окошечками позволяет вводить примеси так, что на одной кремниевой подложке можно разместить большое число транзисторов, а пропечатанные медные проволочки должны объединить их в микросхему. Он пошел в кабинет Мура и изобразил свое предложение на доске.

Про Нойса можно было сказать, что он словоохотливый сгусток энергии, а про Мура – хотя и молчаливый, но быстро ухватывающий главное звукоотражатель. Они хорошо подыгрывали друг другу. Следующий шаг сделать было легко: на одну пластину можно поместить разные элементы, сопротивления и конденсаторы. Нойс изобразил на доске Мура, как небольшой участочек чистого кремния заставить работать как сопротивление, а через несколько дней он нарисовал кремниевый конденсатор. Тонкие металлические линии, пропечатанные на поверхности оксида, могут объединить все эти элементы в микросхему. “Я не помню, чтобы было ощущение: вспыхнула лампочка, и все сразу стало ясно, – признавался Нойс. – Это больше походило на то, что ты каждый день говорил себе: «Ну хорошо, если я могу сделать это, то, наверное, можно сделать и то, а это ведет к тому, что можно сделать и следующее». Так в конечном итоге ты вырабатываешь стратегию действий”⁹. После этого приступа активности в январе 1959 года он сделал запись в своем журнале: “Было бы желательно изготавливать разнообразные устройства на одном кусочке кремния”¹⁰.

Нойс пришел к идее микрочипа независимо от Килби, но на несколько месяцев позже. И пришли они к ней разными путями. Килби пытался решить задачу преодоления тирании чисел, создав схему, где не надо было бы соединять друг с другом большое число элементов. Действия Нойса были продиктованы главным образом попыткой до конца использовать все скрытые возможности планарной технологии Хорни. Было еще одно более важное практическое различие: в версии Нойса не было массы спутанных, напоминающих паутину проволочек.

Защита открытий

В истории изобретений, особенно в эпоху цифровых технологий, патенты – это неустранимые яблоки раздора. Изобретения обычно появляются в результате работы команды, и часто они основываются на чужих результатах. Это затрудняет возможность определить точно, кто автор той или иной идеи, кому принадлежит право интеллектуальной собственности. Иногда, если изобретатели добровольно соглашаются сделать результат своего творчества публичным достоянием, это счастливым образом отходит на второй план. Однако чаще новаторам требуется признание. Шокли интриговал, чтобы попасть в число авторов патента на транзистор. А иногда это бывает связано с финансовыми вопросами, особенно когда речь идет о компаниях вроде Fairchild и Texas Instruments, которые должны приносить инвесторам прибыль, чтобы иметь оборотный капитал для продолжения исследований.

В январе 1959 года юристы и руководство Texas Instruments стали предпринимать попытки зарегистрировать патентную заявку Килби на концепцию создания интегральной схемы. Это не было связано с тем, что им были известны записи в тетради Нойса. Стали распространяться слухи, что в RCA подошли к той же идее. Заявку решено было сделать развернутой и обширной. Такая стратегия была рискованной: отдельные положения такой заявки оспорить легче, что и случилось с развернутой патентной заявкой Мокли и Эккерта на компьютер. Но если такую заявку получить удается, ты становишься обладателем наступательного оружия, защищающего от всякого, кто попытается выпускать сходные изделия. В патентной заявке Килби говорилось о “новой и совершенно иной концепции миниатюризации”. Хотя в заявке описывались всего две схемы Килби, там утверждалось: “Нет ограничений на сложность или конфигурацию схемы, которая может быть сделана таким образом”.

Однако из-за спешки не хватило времени, чтобы представить рисунки, изображающие различные методы, которые можно использовать для соединения проволочками разных элементов микросхемы. Единственным примером была демонстрационная модель Килби, похожая на паука, завязшего в паутине, с беспорядочно торчащими из нее золотыми проволочками. Именно эту, как ее впоследствии саркастически называли, “картинку с развевающейся проволокой” команда из Texas Instruments решила использовать в качестве иллюстрации. К этому времени Килби уже понял, что устройство можно сделать проще, используя впечатанные металлические соединения. Поэтому в последний момент он обратился к своим юристам, попросив, чтобы патент защищал права и на эту идею, добавить к заявке один абзац. В нем говорилось: “Электрические соединения могут изготавливаться не только из золотой проволоки, но и другими способами. Например… на полупроводниковое основание микросхемы можно напылить окись кремния. Затем материал типа золота накладывается на изолирующий материал, образуя необходимые электрические соединения”. Заявка была подана в феврале 1959 года¹¹.

Когда на следующий месяц Texas Instruments объявили об этом публично, Нойс и команда из Fairchild поспешили подать конкурирующую патентную заявку. Поскольку юристы Fairchild искали, что можно противопоставить всеобъемлющей заявке Texas Instruments, было решено сосредоточиться на специфических особенностях версии Нойса. Они подчеркивали, что уже поданная Fairchild патентная заявка на планарную технологию позволяет использовать метод печатания схемы, чтобы “установить электрические соединения между различными областями полупроводника” и “сделать структуру единой микросхемы более компактной и более легкой в изготовлении”. В отличие от микросхем, где “электрические соединения осуществляются путем присоединения проволочек”, говорилось в заявке Fairchild, “метод Нойса подразумевает, что соединительные провода возможно напылить тогда же и так же, как и сами контакты”. Даже если бы Texas Instruments удалось получить патент на объединение большого числа разных элементов в одну микросхему, в Fairchild надеялись запатентовать метод изготовления соединений не с помощью проволочек, а впечатывая металлические линии. Поскольку для массового производства микросхем подобное усовершенствование было необходимо, в Fairchild понимали, что это в какой-то мере обеспечит им равноправие при патентной защите и вынудит Texas Instruments заключить сделку о перекрестном лицензировании. Заявка Fairchild была подана в июле 1959 года¹².

Как было и с патентным спором по поводу компьютеров, в случае интегральных микросхем судебной системе тоже потребовались годы, чтобы разобраться, кто и каких патентов заслуживает. Но прийти к решению так и не удалось. Конкурирующие заявки Texas Instruments и Fairchild было поручено рассмотреть двум разным экспертам, причем, похоже, они даже не имели представления друг о друге. Хотя заявка Нойса была подана позже, рассмотрели ее первой, и в апреле 1961 года она была удовлетворена. Нойс был объявлен изобретателем микрочипа – интегральной микросхемы на полупроводниковой подложке.

Юристы Texas Instruments начали дело о “приоритетном споре”, утверждая, что Килби первым высказал подобную идею. Так появилось дело “Килби против Нойса”, которое рассматривалось Отделом патентных споров. Чтобы определить, кто первый предложил общую концепцию создания микрочипов, изучались лабораторные журналы и другие свидетельства, хотя практически все, даже Нойс, признавали, что Килби высказал эту идею на несколько месяцев раньше. Но был еще спор о том, действительно ли заявка Килби покрывает все ключевые технологические процессы впечатывания металлических линий на поверхности оксидного слоя при изготовлении микросхемы, а не говорит просто об использовании множества металлических проволочек. Большое количество противоречащих друг другу доводов относилось к фразе, добавленной Килби в конце заявки, что такой “материал, как золото, может быть нанесен” на слой окисла. Относилось ли это к некоему конкретному процессу, открытому им, или это была только догадка, вставленная сюда на всякий случай?¹³

Спор продолжал тянуться, когда патентное ведомство спутало карты еще больше: в июне 1964 года была рассмотрена и удовлетворена исходная заявка Килби. Теперь спор о приоритете стал еще важнее. И только в феврале 1967 года был наконец вынесен вердикт в пользу Килби. Прошло восемь лет с тех пор, как он подал свою заявку, и теперь изобретателями микрочипа объявили его и Texas Instruments. Правда, на этом все не закончилось. Fairchild обжаловала это решение, и в ноябре 1969 года, заслушав все доводы и свидетельские показания, апелляционный суд по делам о таможенных пошлинах и патентах вынес другое решение. “Килби не продемонстрировал, – объявил в своем заключении апелляционный суд, – что термин «накладывается» имел… или с тех пор приобрел в электронных и полупроводниковых технологиях значение, подразумевающее соблюдение его прав”¹⁴. Юристы Килби попытались подать апелляцию в Верховный суд США, но там отказались принять дело к рассмотрению.

Но оказалось, что победа Нойса, после десятилетия баталий и более миллиона долларов, потраченных на услуги юристов, мало что значила. Подзаголовок небольшой заметки в Electronic News был таким: “Пересмотр решения о выдаче патента мало что изменит”. К этому времени судебные слушания стали практически бессмысленными. Рынок микросхем развивался так стремительно, что деловые люди из Fairchild и Texas Instruments поняли: ставки слишком высоки, чтобы полагаться на судебную систему. Летом 1966 года, за три года до вынесения окончательного судебного решения, Нойс и юристы Fairchild встретились с президентом и группой адвокатов Texas Instruments. После длительного обсуждения они выработали мирное соглашение. Каждая из компаний подтвердила, что в вопросах, касающихся интегральных микросхем, другая компания тоже обладает частью прав на интеллектуальную собственность, и согласилась на перекрестное лицензирование всех имеющихся у каждой из компаний прав. Другие компании по вопросам лицензирования должны обращаться сразу и к Texas Instruments, и к Fairchild, а авторское вознаграждение обычно должно составлять 4 % от их дохода¹⁵.

Так кто же изобрел интегральную микросхему? Как и на вопрос о том, кто придумал компьютер, ответить, просто сославшись на судебные решения, нельзя. Успеха Килби и Нойс добились почти одновременно, а это значит, что атмосфера того времени была подготовлена к такому открытию. Действительно, и в стране, и по всему миру над этим работали многие. Так, о возможности создания интегральной схемы до них говорили в Германии Вернер Якоби из Siemens и британский радиотехник Джеффри Даммер из Royal Radar Establishment. Важно то, что Килби и Нойс совместно со своими коллегами и компаниями придумали практический метод создания такого устройства. Хотя Килби на несколько месяцев раньше нашел решение, позволившее объединить различные элементы интегральной схемы в один контур, Нойс сделал нечто большее: он придумал, как правильно соединять эти элементы. Его схему можно было с успехом использовать для массового производства, и именно она стала прототипом будущих микрочипов.

Поучительно, как Килби и Нойс лично разобрались с вопросом о том, кто изобрел микросхему. Оба были скромны, оба были родом из небольших городков Среднего Запада, где люди тесно связаны друг с другом, оба были хорошо подготовлены. Им в отличие от Шокли ядовитая смесь самомнения и неуверенности в себе жизнь не отравляла. Где бы ни заходил разговор о том, кто должен пожинать лавры, каждый из них был великодушен, отдавая должное вкладу другого. Вскоре стало принято считать, что этой чести достойны они оба, и о них стали говорить как о соавторах. Согласно одному из ранних устных рассказов, Килби потихоньку ворчал: “Это не подходит под то, что я считаю совместным изобретением, но к этому уже привыкли”¹⁶. Однако и он в конечном счете согласился с подобной идеей и впоследствии неизменно ею пользовался. Когда через много лет Крейг Мацумото из Electronic Engineering Times спросил его об этом споре, “Килби стал расточать похвалы Нойсу и сказал, что полупроводниковая революция произошла не из-за одного патента, а стала результатом работы тысяч людей”¹⁷.

Когда в 2000 году, через десять лет после смерти Нойса[33]33
  Нобелевская премия не вручается посмертно. – Прим. автора.


[Закрыть], Килби сообщили о присуждении Нобелевской премии, он прежде всего воздал должное Нойсу. “Мне жаль, что его уже нет в живых, – сказал он журналистам. – Если бы это было не так, я подозреваю, премию мы бы разделили”. Когда шведский физик, представлявший Килби на церемонии вручения премии, сказал, что его открытие стало началом глобальной цифровой революции, Килби скромно, с грустью ответил: “Когда я слышу нечто подобное, я вспоминаю, что бобер сказал кролику, когда они стояли у подножия плотины Гувера: «Нет, я не сам ее построил, но она основана на моей идее»”¹⁸.

Микрочип отправляется в путь

Первыми крупными покупателями микрочипов стали военные. В 1962 году Стратегическое командование ВВС США приняло на вооружение новые межконтинентальные баллистические ракеты Minuteman II. Только для системы управления каждой такой ракетой требовалось две тысячи интегральных схем. Право быть основным поставщиком выиграли Texas Instruments. К 1965 году каждую неделю изготавливалось семь Minuteman, а Военно-морские силы США тоже начали закупать микрочипы для ракет подводного запуска Polaris. Военные снабженцы, проявив дальновидность, что нечасто с ними случается, позаботились о стандартизации конструкции микрочипов. Их начали поставлять и компании Westinghouse и RCA. Поэтому цена микрочипов стала стремительно падать, так что они стали рентабельны при производстве не только ракет, но и товаров широкого потребления.

Fairchild тоже продавала микрочипы на рынке оружия, но эта компания, работая с военными, была более осмотрительна, чем их конкуренты. Традиционные отношения с военными предполагают, что поставщик работает рука об руку с офицерами, не только осуществляющими закупки, но и диктующими свои требования. Нойс считал, что такое партнерство сдерживает инновации: “Направление исследований определялось людьми недостаточно компетентными, чтобы разобраться, куда надо двигаться”¹⁹. Он настаивал на том, что Fairchild должна сама финансировать работу над своими интегральными схемами, чтобы иметь возможность ее контролировать. Если конечный продукт будет хорош, военные его купят. И он был прав.

Американская гражданская программа развития космоса была еще одним существенным стимулом для производства микрочипов. В мае 1961 года президент Джон Ф. Кеннеди заявил: “Я верю, это государство поставит перед собой задачу, которую решит до конца этого десятилетия, – человек должен высадиться на Луне и благополучно вернуться на Землю”. Для программы пилотируемых космических полетов, известной как программа Apollo, требовались управляющие ракетой компьютеры, которые помещались бы в ее носовой части. С самого начала планировалось использовать самые мощные, какие только можно было сделать, микрочипы. Кончилось тем, что в каждый из семидесяти пяти построенных бортовых управляющих компьютеров Apollo входило пять тысяч микрочипов. Контракт на их поставку подписала компания Fairchild. Эта программа была выполнена всего на несколько месяцев раньше крайнего срока, обозначенного Кеннеди. В июле 1969 года Нил Армстронг высадился на Луну. К этому времени для программы Apollo было закуплено более миллиона интегральных схем.

Массовая потребность в микрочипах и предсказуемый источник спроса в лице государства послужили причиной того, что цена каждого отдельного микрочипа резко падала. Первый прототип интегральной микросхемы для компьютера Apollo стоил 1000 долларов. К тому времени, когда было налажено их серийное производство, каждый такой микрочип стоил 20 долларов. Средняя цена за микрочип для ракет Minuteman в 1962 году составляла 50 долларов, а в 1968 году – всего 2 доллара. Так появился спрос на интегральные схемы для устройств, которыми пользовались обычные потребители²⁰.

Первыми бытовыми приборами, где нашли применение микрочипы, были слуховые аппараты, поскольку они должны быть миниатюрными и на них есть спрос, даже если они достаточно дороги. Но потребность в слуховых аппаратах ограничена. Поэтому Пэт Хаггерти, президент Texas Instruments, повторил гамбит, который успешно использовал и раньше. Инновация состоит из двух частей. Во-первых, надо изобрести новое устройство, а во-вторых, придумать способ его массового использования. Хаггерти и его компания умели хорошо делать и то и другое. Прошло 11 лет после того, как Хаггерти удалось создать обширный рынок недорогих транзисторов, стимулируя продажи карманного радио. Теперь он искал способ сделать то же и с микрочипами. Так родилась идея карманных калькуляторов.

Он рассказал о ней Джеку Килби, когда они куда-то вместе летели. Хаггерти поставил задачу: построить карманный калькулятор, способный делать те же вычисления, что и устаревшие монстры за тысячу долларов, стоящие на столах в конторах. Его надо было сделать достаточно экономичным, достаточно маленьким, чтобы помещаться в карман рубашки, и достаточно дешевым, а работать он должен был на батарейках. То есть таким, чтобы купить его можно было не раздумывая. В 1967 году Килби и его команде удалось сделать почти то, что задумал Хаггерти. Их устройство могло выполнять только четыре операции (складывать, вычитать, умножать и делить), было тяжеловато (весило около килограмма) и стоило достаточно дорого (150 долларов)²¹. Но это был большой успех. Был создан новый рынок, где продавались устройства, о которых люди даже не подозревали, что они им нужны. И, следуя предсказуемой траектории, они становились все меньше, дешевле и мощнее. К 1972 году цена карманных калькуляторов упала до 100 долларов; было продано 5 миллионов штук. К 1975 году цена снизилась до 20 долларов, а продажи за год удвоились. В 2014 году в магазинах Walmart карманный калькулятор фирмы Texas Instruments продается всего за 3 доллара 62 цента.