Несостоявшаяся информационная революция. Условия и тенденции развития в СССР электронной промышленности и средств массовой коммуникации. Часть I. 1940–1960 годы

Симонов Николай

По мере увеличения габаритов пластин и резкого возрастания требований к точности управления технологическим процессом на смену людям пришли машины. Сегодня пластины перемещаются с одного технологического участка на другой с помощью роботов с микропроцессорным управлением, а в задачу операторов входит поддержание высокого уровня производительности систем. Миниатюризация транзисторов кристалла делает все более актуальной проблему удаления мелких частиц, типа пыли и волосков, из зоны проявления пластин. На первых заводах стандарты были не очень-то жесткими: рабочие не покрывали голову и лишь надевали поверх уличной одежды легкий халат. Затем для снижения уровня загрязнений и повышения чистоты воздуха были внедрены особые комбинезоны. Сегодня сотрудники фабрик по производству микросхем носят костюмы из безворсовой

антистатической ткани, маски, защитные очки, перчатки, бахилы и используют специальные дыхательные аппараты. [14]

14

Микропроцессору – 25 лет//Computerworld Россия. – 1996. № 42.

Микропроцессор Intel 8008, выпущенный в 1972 г., предназначался для обработки символьной информации в терминалах «больших ЭВМ». Его архитектуру и набор инструкций (48 команд) разрабатывал заказчик – компания Computer Terminal Corporation (CTC). «8008-й» мог адресовать до 16 кб памяти, состоял из 3,5 тыс. транзисторов и работал на тактовой частоте от 500 до 800 кГц.

Общий экономический спад 1970 года привел к тому, что CTC охладела к своему проекту, выполненному почти на 90 %. Дабы уладить неприятную ситуацию, CTC разрешила Intel использовать архитектуру чипа как угодно. В обмен Intel обязалась не предъявлять финансовых претензий. В 1972 г. после доработки изделия Intel выпустила его в продажу, полагая, что оно найдет применение в калькуляторах и в автоматических закаточных машинах. Однако нашлись энтузиасты, которые пытались собрать на нем домашний компьютер. Результаты были скорее демонстрационными, нежели полезными, но микрокомпьютерная революция началась.

Параллельно с микропроцессами для вычислительной техники в Intel проводились работы по созданию микроприборов промышленной автоматики. В качестве примера можно привести микроконтроллер «8048», который поступил в продажу в 1976 г. Помимо центрального процессора в нем находились 1 килобайт памяти программ, 64 байта памяти данных, два восьмибитных таймера, генератор часов и 27 портов ввода/вывода. Следующий микроконтроллер «8051», выпущенный в 1980 г., стал классическим образцом устройств данного класса. Этот 8-битный чип положил начало целому семейству микроконтроллеров, которые господствовали на рынке вплоть до недавнего времени. Микроконтроллеры можно встретить в огромном количестве современных промышленных и бытовых приборов: станках, автомобилях, сотовых телефонах, телевизорах, холодильниках, стиральных машинах и даже в кофеварках.

Неизвестно, вырвалась ли бы Intel в лидеры продаж микропроцессоров для домашних, а затем персональных компьютеров, если бы не Федерико Фэджин (Federico Faggin), которого можно смело считать одним из отцов-основателей 4-го поколения ЭВМ. Именно он «давил» на руководство компании, чтобы начать разработку изделия, более мощного, чем «8008». Руководство тянуло с принятием решения до тех пор, пока не узнало, что компания Motorola разрабатывает свою версию 8-битного процессора.

1 апреля 1974 г. Intel выпустила процессор «8080», более чем в десять раз превосходивший «8008» по производительности. Достигнуто это было как увеличением тактовой частоты до 2 МГц, так и более совершенной архитектурой, потребовавшей уже 6 тыс. транзисторов. Шина памяти была доведена до 16 разрядов, благодаря чему «8080» мог адресовать до 64 килобайт памяти. С этим чипом также связано очень важное нововведение – появление стека внешней памяти.

Микропроцессор MC6800 производства компании Motorola поступил в продажу на две недели позднее, да и к тому же оказался значительно слабее. Развивая успех, Intel приступила к разработке 16-битного микропроцессора «8086» производительностью от 330 до 750 тыс. операций в секунду.

В это время Федерико Фэджин уже простился с Intel и основал компанию Zilog, которая в 1976 г. выпустила усовершенствованный 8-битный микропроцессор Z80 (в СССР производился его аналог Т34ВМ1).

Выпуск 16-битного микропроцессора «Intel 8086» (также известный как iAPX86) состоялся в июне 1976 г. Микропроцессор непосредственно не выполнял команд для работы с числами с плавающей запятой. Данная функция реализовывалась отдельным чипом – математическим сопроцессором (FPU), который требовалось дополнительно установить на материнской плате. С тех пор сопроцессоры широко применяются во многих профессиональных ПК, предназначенных для выполнения сложных статистических и инженерных расчетов.

Настойчивость и целеустремленность, проявленные Intel при разработке микропроцессоров, а также способность производить их в достаточном количестве, убедили руководство корпорации IBM выбрать для линейки совместимых персональных компьютеров процессор «8088», выпущенный в 1979 г. Решение IBM было крайне важно для Intel. Один из сотрудников компании вспоминал: «В те времена объем производства считался большим, если он достигал 10 тыс. единиц продукции в год. Кто же мог тогда предположить, что масштаб производства ПК возрастет до десятков миллионов в год?» [15]

15

Микропроцессору – 25 лет//Computerworld Россия. – 1996. № 42.

В Таблице 1.0 представлены технические данные микропроцессоров, выпущенных корпорацией Intel с 1971-го по 2000-й годы. В каждой новой модели используются все более эффективные микропроцессорные архитектуры и технологии конструирования.

В середине 1980-х микропроцессоры практически вытеснили прочие виды CPU – central processor unit (центральный процессор ЭВМ), – вследствие чего термин «центральный процессор» превратился в синоним слова «микропроцессор». Тем не менее, это не так: центральные процессорные устройства некоторых суперкомпьютеров даже сегодня представляют собой сложные комплексы, построенные на основе микросхем сверхбольшой (СБИС) интеграции. Процессор Pentium Pro, выпущенный в 1995 г., и интегрирующий 21x106 транзисторов, на самом деле является гибридом, состоящим из двух кристаллов: собственно процессора на 5.5x106 элементов, и так называемой «кэш» – памяти второго уровня на 15.5x 106 элементов.

Таблица 1.

Все компоненты микропроцессора одновременно собирается на одном кристалле кремния (чипе), подобно пицце, которая, в конце концов, продается порезанной на куски. Для моделирования и тестирования функций будущего изделия используются рабочие станции автоматизированного проектирования (САПР).

Технология включает около 700 физико-химических операций – «шагов». На первых шагах из тяжеленной длинной цилиндрической болванки (слитка) кремния чистотой 99,9999 %, алмазными дисками нарезаются тонкие пластины. Затем они полируются до зеркального блеска механическими и химическими методами.

Отполированные пластины помещают в камеру, где под воздействием высокой температуры и давления происходит окисление кремния и образование на его поверхности защитной пленки. После этого защитную пленку удаляют с тех мест, которые будут подвергаться дальнейшей обработке, с целью создания схем транзисторной и диодно-транзисторной логики. Удаление пленки осуществляется посредством травления химическими реактивами, а для того, чтобы в результате этой операции оксидная пленка удалялась только в нужных местах, на поверхность ее наносят слой фоторезиста (особого состава, который изменяет свои свойства под воздействием ультрафиолетового излучения).