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

Для Fairchild заявление Texas Instruments прозвучало как гром среди ясного неба. Нойс, за два месяца до того набросавший собственный вариант сходной идеи, был разочарован тем, что его обошли. Он боялся конкуренции со стороны Texas Instruments.

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» ^[341] .

341

Berlin, The Man Behind the Microchip, 2386. Лабораторные журналы фирмы Fairchild сохраняются. С ними можно ознакомиться в Музее истории компьютеров, Маунтин-Вью, Калифорния.

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» ^[342] .

342

Berlin, The Man Behind the Microchip, 2515.

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?“» ^[343]

343

Роберт Нойс, устный рассказ, IEEE.

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» ^[344] . После этого приступа активности в январе 1959 года он сделал запись в своем журнале: «Было бы желательно изготавливать разнообразные устройства на одном кусочке кремния» ^[345] .

344

Reid, The Chip, 1336; Роберт Нойс, устный рассказ, IEEE.

345

Запись в лабораторном журнале Роберта Нойса, 23 января 1959 г., Музей истории компьютеров, Калифорния. Изображение этой страницы см.: http://www.computerhistory.org/atchm/the-relics-of-st-bob/.

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 года ^[346] .

346

J. S. Kilby, Capacitor for Miniature Electronic Circuits or the Like, заявка на патент US 3434015 A, 6 февраля 1959 г.; Reid, The Chip, 1464.