Глава 15. Изобретатель

Глава 15. Изобретатель

Маленький, неприметный, с мягким голосом, Федерико Фаджин был почти противоположностью стереотипа занудного инженера. Тем не менее 29-летний сын преподавателя философии из Виченцы в Италии, который переехал в Штаты всего два года назад, уже был на пути к тому, чтобы стать одним из величайших изобретателей. Позади было изобретение МОП-структуры с кремниевым затвором, сердца миллиардов чипов, а впереди было изобретение тач-пада и тач-скрина, что и сделало революцию смартфонов возможной. На данный момент он работал в лаборатории Fairchild. Как и все в Fairchild, он с любопытством и завистью следил за соперниками, располагавшимися всего в нескольких кварталах от Федерико.

Не то чтобы к Фаджину плохо относились в компании. Наоборот, компания была лучше структурирована и более профессиональна, чем раньше. Экономика, возможно, и не блистала, но Fairchild вновь давала прибыль, и какие бы войны ни разворачивались в верхних эшелонах власти, жизнь в лабораториях текла размеренно.

Но для человека типа Федерико Фаджина удобств было недостаточно. Он хотел быть на передовой технологических инноваций в индустрии полупроводников. Он этого заслужил. И он жаждал испытать тот самый восторг и напряжение, которые, кажется, появились в Intel.

Зов пришел – и он прыгнул. Затем, уже в Intel, ему было сказано, что он будет в ответе за новый проект – мифический компьютер-на-схеме. Это была воплощенная мечта – до тех, впрочем, пор, пока он не увидел состояние проекта. Как вспоминал Фаджин:

«Надо полагать, что Хофф и Мэйзор уже закончили архитектуру и логическое построение интегральной схемы, оставалось лишь несколько деталей, чтобы завершить проект. Однако я, когда начал работать в Intel, увидел не такое, и это явно было не тем, что обнаружил Шима, приехав из Японии.

Шима собирался пересмотреть логическую структуру, подтверждая, что и Busicom может создать свой калькулятор, а затем вернуться в Японию. Он был очень зол, когда узнал, что с его приезда шесть месяцев назад ничего не было сделано. Он продолжал говорить на своем ломаном английском: «Я приехал проверять. Нечего проверять. Это просто идея». Те сроки, которые они обсуждали по созданию калькулятора, уже были непоправимо нарушены».[94]

Вспоминая это, Фаджин, не веря, качал головой: «И вот я оказался отброшен назад так, как никогда раньше».

Так что он начал нагонять упущенное. Он передал часть работы над логическим построением главной схемы процессора Шиме, который как раз этим занимался. В то же время, говорит Фаджин, «я работал 12–16 часов в день» над огромной технической проблемой, которую не предвидел Хофф в структуре 4004, – как сделать схемы маленькими и быстрыми, то есть используя не очень большие мощности, чтобы не сжечь поверхность, но и не очень малые, чтобы подать читаемый сигнал на схему.

Intel сделал правильный выбор, потому что в тот момент в мире существовал всего один физик, занимавшийся полупроводниками, который знал, как это сделать, – изобретатель МОП-структуры с кремниевым затвором.

Фаджин: «Для начала я разрешил остававшиеся архитектурные проблемы, а потом заложил основу системы структурирования, которую стал использовать для микросхем. Наконец, я занялся логическим построением и структурой схем, а также раскладкой четырех схем. Мне пришлось самому придумать методологию для проектирования с использованием произвольной логики и для кремниевых затворов – этого никто до меня не делал».[95]

Это маленькое изобретение оказалось почти таким же важным в истории полупроводников, как и кремниевый затвор: Фаджин «привязал» каждый затвор к вершине его транзистора – доселе это считалось невозможным. Такая техника в итоге начала использоваться почти во всех типах микросхем в последующие сорок лет. Но в этот момент у него даже не было времени восхититься своим детищем. Он продолжал работать.

К концу лета 1970-го Фаджин и Шима закончили дизайн микропроцессорного набора и уже имели на руках нужные технологии. Официально это называлось 4000 выпуском, даже несмотря на то что Intel не думал об этом как об одном решении, как о предшественнике однокристального компьютера, но как о группе из четырех раздельных микросхем. Вот характеристики каждой из микросхем:

1. Модель 4001 была микросхемой памяти ПЗУ размером на 2048 бит, рассчитанной на хранение программного обеспечения.

2. Модель 4002 была микросхемой памяти ОЗУ размером на 320 бит, ответственной за кэширование данных.

3. Модель 4003 была 10-битным регистром ввода-вывода для ввода и удаления данных из главного процессора.

4. Самой главной была модель 4004 – 4-битная центральная логическая интегральная схема.

Через несколько лет, когда Intel действительно создал однокристальный микропроцессор, в индустрии эти новаторские наборы микросхем начали называть по имени микросхемы процессора. Именно поэтому сегодня, когда мы говорим о четырех микросхемах семьи Intel, мы обычно называем их микропроцессором модели 4004.

(Можно путать эти биты и байты, но на самом деле это совершенно разные вещи. Байты [состоящие из 4–64 или больше битов], когда мы говорим о памяти, – это единица измерения вместимости памяти. Современный жесткий диск емкостью 1 терабайт содержит около одного триллиона байтов в виде номеров, символов и букв.

В 1970 году Фаджин и Шима разрабатывали схему памяти, которая была бы способна запомнить около 256 байтов инструкций, и 40-байтную схему памяти, которая бы ненадолго, на секунду, могла бы задерживать 320 байт данных перед тем, как они пойдут в процессор, а затем держать эти данные после того, как они появились, и до того, как они уходят во внешнюю память.

С другой стороны, когда мы говорим о битах в контексте логических микросхем, мы говорим о размере каждого байта обработанной информации. Микропроцессор 4004 был способен держать данные на 4 разрядах, что делало его четырехбитным микропроцессором. Для сравнения: современные микропроцессоры Intel оперируют 64– или 128-разрядными данными. Объем логических микросхем и процессоров измеряется в частоте, с которой микросхема может оперировать данными. 4004 работает на 740 кГц, или выполняет около 740 000 операций в секунду. Современный микропроцессор Intel работает на 4000 МГц, или выполняет около 4 000 000 000 операций в секунду. Этот потрясающий скачок за несколько десятилетий иллюстрирует всю суть Закона Мура.)

У Фаджина теперь есть структура микропроцессорного набора, но ему нужно его построить. В октябре 1970-го началось производство прототипов. Начали с 4001. Фаджин и Шима взяли законченный прототип, подсоединили к тестеру, и… он заработал. Без сбоев. Двое поздравили друг друга и продолжили работу.

Далее настала очередь 4002 и 4003. Они показали такой же идеальный результат, как и предыдущая схема, – и это был один из самых лучших первых запусков в истории электроники. Фаджин был в восторге, но не очень удивлен. Он доказал эффективность своего нового решения с транзисторами и кремниевыми затворами, а все остальное было создано на основе этого решения.

Затем, за несколько дней до Нового года, с фабрики прибыл первый прототип 4004. Это пугало Федерико. Это была не только первая микросхема такого рода, с непроверенной архитектурой, но из-за того, что она была очень сложной, Фаджин боялся, что пропустил какие-то ошибки. С трепетом Федерико поместил 4004 в тестер и запустил его.

Ничего.

Микросхема была мертва. Она не только не показала слабого сигнала – она ничего не показала. Сердце Фаджина разбилось. Когда он проверил каждую из пришедших микросхем, все стало только хуже. Ничего не работало! Вообще-то такой результат для нового устройства, особенно для микросхемы, был распространен в индустрии электроники. Но после выдающихся результатов тестирования первых трех микросхем Фаджин и Шима надеялись на большее. Теперь Фаджин, после почти сверхчеловеческих усилий, мог только потратить остаток праздников и весь январь на анализ мертвых микросхем, чтобы понять, что же пошло не так.

А потом, через несколько часов, Фаджин посмотрел на схемы через микроскоп и, к своему восторгу, вдруг увидел причину такого провала – ребята с фабрики забыли проложить целый слой электроники на поверхности микросхемы. Федерико вздохнул с облегчением. Проблема была в производстве, отнюдь не в разработке.

Он пошел домой праздновать на удивление счастливый Новый год. Фаджин: «Через три недели после этого разочарования пришел новый набор (моделей 4004). Мои руки тряслись, когда я засовывал двухдюймовую схему в тестер. Это было поздно ночью, и я был один в лаборатории. Я молился, чтобы они работали достаточно хорошо, чтобы я мог найти все проблемы, чтобы в итоге можно было заказать уже работающие микросхемы. Мое возбуждение росло, когда я понимал, что еще одна часть работает. К трем часам ночи я пошел домой в странном состоянии истощенности и восхищения… Все месяцы работы были сполна оплачены теми мгновениями удовлетворения».[96]

Следующие несколько дней Фаджин продолжал тестировать 4004, и, в общем (если не обращать внимания на несколько маленьких проблем), он был невероятно доволен результатами. Федерико сообщил новости Бобу Нойсу. К февралю – уже 1971 года, почти через два года после подписания контракта с Busicom – 4004 был готов к продажам. Стэн Мэйзор также создал программное обеспечение для 4004, которое будет запускаться с 4001. Все было готово.

Через несколько недель, в середине марта, Intel отправил первые микропроцессорные наборы в Японию, в Busicom.

Эра микропроцессоров началась. И, хотя компания этого еще не знала, Intel уже начала становиться самой важной компанией мира.