Микрочипы, изменившие наш мир - часть #1

Больше 70 лет назад, 14 февраля 1946 года, был запущен первый в мире электронный компьютер — ENIAC. Его можно считать пра-пра-прадедушкой всех современных вычислительных устройств, так что давайте сегодня поговорим о различных микрочипах, которые серьезно повлияли и даже изменили индустрию компьютеров.

В разработке микропроцессоров, как и в жизни, иногда незначительные мелочи превращаются в значительные открытия. Придумайте хитроумную микросхему, вытравите ее в кусочке кремния, и ваше маленькое изделие может привести к технологической революции. Среди многих замечательных микроконтроллеров, появившихся на заводах в течение полувекового правления интегральных схем, выделяется небольшая группа чипов. Их конструкция оказывается настолько передовой, что некоторые из них используются до сих пор, на протяжении многих десятилетий. В итоге мы подготовили список из 25 микрочипов, которые, по нашему мнению, заслуживают почетное место на каминной полке, построенной Робертом Нойсом и Джеком Килби (изобретателями интегральной схемы).

Таймер Signetics NE555 (1971)

Шло лето 1970 года. Разработчик микропроцессоров Ганс Камензинд мог много рассказать вам о китайских ресторанах, ведь его маленький офис был зажат между двумя из них в центре Саннивейла, Калифорния. Он работал консультантом в Signetics, местной полупроводниковой фирме. Доходы его оставляли желать лучшего — он получал менее 15000 долларов США в год, при этом имел жену и четырех детей. И ему действительно нужно было придумать что-то хорошее, чтобы удержаться на плаву.

И он смог. Он придумал один из величайших чипов своего времени. NE555 был простой интегральной схемой (ИС), которая могла функционировать как таймер или осциллятор. Он стал бестселлром среди аналоговых полупроводниковых схем — его использовали в кухонных приборах, игрушках, даже в космосе!

«А ведь я был в шаге от того, чтобы отказаться от этой затеи», — вспоминает Камензинд, который в свои 75 лет все еще разрабатывает чипы, хотя уже и вдали от всяких китайских ресторанов.

Идея о создании 555-ого пришла к нему, когда он работал над системой, называемой контуром с фазовой синхронизацией. С некоторыми изменениями схема могла работать как простой таймер: вы запускаете ее, и она будет работать в течение определенного периода времени. Это может показаться простым, но тогда ничего подобного еще не было.

Сначала инженерный отдел Signetics отверг эту идею — компания уже продавала компоненты, которые клиенты могли использовать для создания таймеров. Все могло закончиться на этом, но Ганс настаивал. Он отправился к Арту Фьюри, менеджеру по маркетингу в Signetics. И Фьюри эта идея понравилось.

Камензинд провел почти год, тестируя прототипы, рисуя компоненты схемы на бумаге и вырезая их из пленочных фотошаблонов Rubylitha. «Все было сделано вручную, без компьютера», — говорит он. В окончательной интегральной схеме было всего 23 транзистора, 16 резисторов и 2 диода.

Когда в 1971 году 555-ый вышел на рынок, он стал сенсацией. В 1975 году Signetics был поглощен Philips Semiconductors (теперь NXP), которая утверждает, что были проданы миллиарды этих чипов. Инженеры по-прежнему используют 555-ый для создания полезных электронных модулей — к примеру, для создания подсветки решеток машин в стиле «Рыцаря дорог».

Синтезатор голоса Texas Instruments TMC0281 (1978)

Если бы не TMC0281, инопланетянин из одноименного фильма Стивена Спилберга никогда не смог бы «позвонить домой». А все из-за того, что TMC0281, первый одночиповый синтезатор речи, был сердцем (хотя, скорее, ртом) игрушки Speak & Spell от Texas Instruments. В фильме инопланетянин использует ее (а также вешалку для одежды, кофейную банку и циркулярную пилу) для создания своего межпланетного коммуникатора.

TMC0281 синтезировал голос, используя технологию кодирования с линейным предсказанием. Звук при этом получался комбинацией жужжания, шипения и щелчков. Это было необычным решением для чего-то, что «невозможно сделать на интегральной схеме», — говорит Джин А. Франц, один из четырех инженеров, которые разработали игрушку и все еще работает в TI. Различные модификации этого чипа использовались в аркадных играх Atari и K-cars Chrysler. В 2001 году TI продал свою линейку чипов-синтезаторов речи Sensory, которая прекратила их выпуск в конце 2007 года. Но если вам когда-нибудь понадобится совершить телефонный звонок на очень-очень большое расстояние, вы можете найти игрушку Speak & Spell в отличном состоянии на eBay за ~50 долларов США.

Микропроцессор MOS Technology 6502 (1975)

Когда один всем известный гик использовал этот чип для своего компьютера и запустил его, у Вселенной на мгновение замерло сердце. Этим гиком был Стив Возняк, компьютером — Apple I, а чипом, как вы уже догадались, был 8-битный микропроцессор 6502, разработанный MOS Technology. Чип стал сердцем таких известных компьютеров, как Apple II, Commodore PET и BBC Micro, не говоря уже о игровых системах, таких как Nintendo и Atari. Чак Педдл, один из создателей чипа, вспоминает, как они представили 6502 на выставке в 1975 году. «У нас было две стеклянных банки, заполненных чипами, — говорит он, — и я сидел там с женой, продавая их». Покупателей было множество. А причина была простой: 6502 был не просто быстрее, чем его конкуренты — он был также дешевле: его стоимость составляла всего 25 долларов США, в то время как Intel 8080 и Motorola 6800 стоили по 200 долларов.

Прорывом, по словам Билла Менша, создавшего 6502 вместе с Педдлом, был минимальный набор инструкций в сочетании с новым процессом изготовления, который давал на выходе «в 10 раз больше рабочих чипов, чем у конкурентов». 6502 практически в одиночку вынудил других производителей опустить цены на свои чипы, что дало толчок к запуску революции персональных ПК. Этот чип до сих пор используется в некоторых встроенных системах. К тому же, он служит электронным мозгом Бендера, развращенного робота из «Футурамы», о чем говорится в эпизоде за 1999 год (почитать об этом можно здесь).

Цифровой сигнальный процессорTexas Instruments TMS32010 (1983)

Штат Техас известен многими вещами: ковбойской шляпой, стейком по-деревенски, доктором Пеппером, и, возможно, менее популярным микрочипом TMS32010. Созданный Texas Instruments, TMS32010 не был первым сигнальным процессором (его опередил DSP-1 от Western Electric, представленный в 1980 году), но он, несомненно, был самым быстрым. Он мог произвести умножение за 200 нс, что вызывало у инженеров приятную дрожь по всему телу. Более того, он мог выполнять инструкции как с ROM-чипа, так и с внешней RAM-памяти, в то время конкурирующие чипы такого не могли. «Это сделало разработку программ для TMS32010 гибкой, как и для микроконтроллеров и микропроцессоров», —  говорит Ванда Гасс, член команды разработчиков DSP, которая все еще работает в TI. В США чип стоил 500 долларов, и за год было продано 1000 штук. В конечном итоге продажи увеличились, и DSP (цифровой сигнальный процессор) стал частью модемов, медицинских устройств и военных систем. Да, и еще одно применение — кудрявая кукла в стиле Чаки, Worlds of Wonder’s Julie, которая могла говорить и петь. Чип стал первым в семействе DSP, которое позволило сколотить TI целое состояние.

Microchip Technology PIC 16C84 Microcontroller (1993)

Еще в начале 1990-ых огромная вселенная 8-битных микроконтроллеров принадлежала одной компании — всемогущей Motorola. Затем появился маленький соперник с непримечательным названием Microchip Technology. Эта компания разработала PIC 16C84, который включал в себя еще и память EEPROM (электрически стираемое перепрограммируемое ПЗУ). Как видно из названия, ему не нужен был ультрафиолет для стирания, в отличии от предшественника, EPROM. «Теперь пользователи могут менять свой код «на лету», — говорит Род Дрейк, ведущий разработчик чипа, а теперь директор Microchip. Еще интереснее было то, что стоимость чипа была менее 5 долларов США, или четверть стоимости существующих альтернатив, большинство из которых принадлежали, разумеется, Motorola.

16C84 нашел применение в смарт-картах, пультах дистанционного управления и беспроводных автомобильных ключах. Он положил начало линейки микроконтроллеров, которые с радостью использовали как компании из списка Fortune 500, так и радиолюбители, паявшие что-нибудь у себя в гараже. Продажи чипа превышали 6 млрд копий, при этом использовали его в промышленных контроллерах и беспилотных летающих объектах, цифровых тестах на беременность, и даже в фейерверках.

Fairchild Semiconductor μA741 Op-Amp (1968)

Операционные усилители — это хлеб насущный в аналоговой разработке. Вам они всегда понадобятся, и вы всегда можете их объединить с чем-то еще и получить что-то «съедобное». Разработчики используют их для создания аудио и видео предусилителей, компараторов напряжения, прецизионных выпрямителей и многих других систем, которые являются частью повседневной электроники.

В 1963 году 26-летний инженер по имени Роберт Видлар разработал первый монолитный операционный усилитель, μA702, в Fairchild Semiconductor. Он продавался за 300 долларов США всем желающим. В дальнейшем Видлар усовершенствовал схему и назвал новый усилитель μA709, сократив стоимость до 70 долларов, что привело чип к огромному коммерческому успеху. История гласит, что Видлар после этого попросил у компании прибавку к зарплате. Однако он ее не получил, после чего и перешел работать в National Semiconductor, которая была рада нанять человека, который изобрел такой гениальный усилитель. В 1967 году Видлар создал для них еще более совершенный операционный усилитель, LM101.

В то время как менеджеры Fairchild беспокоились о неожиданно появившейся конкуренции, в их лаборатории недавно нанятый инженер Дэвид Фаллагар тщательно изучал LM101. Он понял, что у чипа, каким бы гениальным он ни был, было несколько недостатков. Чтобы избежать определенных искажений частоты, инженеры вынуждены были подключить к чипу внешний конденсатор. Более того, входная часть интегральной схемы, так называемый фронт-энд, был для некоторых чипов чрезмерно чувствительным к шуму из-за непостоянного качества полупроводников в то время. «Фронт-энд выглядел сделанным наспех», – говорил Фаллагар.

Дэвид занялся доработкой чипа. Для начала он нивелировал проблемы из-за некачественных полупроводников, включив в цепь конденсатор на 30 пФ. Теперь ему нужно было улучшить фронт-энд — но как это сделать? Решение было очень простым — «оно пришло мне в голову, когда я ехал в Тахо», — говорил Дэвид, и состояло оно из пары дополнительных транзисторов. Эта дополнительная схема делала усилитель более плавным и независимым от качества производства.

Фаллагар отнес свой чип главе лаборатории, парню по имени Гордон Мур, который и отправил его в коммерческое подразделение компании. Новый чип, названный μA741, стал стандартом для операционных усилителей. Он и другие интегральные схемы, созданные конкурентами Fairchild, продавались сотнями миллионов штук. И сейчас за 300 долларов, которые просили за 702-ой, можно купить тысячу 741-ых.

Часть 2.
Часть 3.
Часть 4.

Нравится9
Комментарии (2)
B
i
u
Спойлер