dbnfkbr (dbnfkbr) wrote,
dbnfkbr
dbnfkbr

  • Mood:

25 микросхем, которые потрясли мир. (Часть 1)

Вольный сокращённый перевод отсюда от Сергея Конопкина за что огромнейшее ему спасибо и мега-респект! Я прямо снова окунулся в атмосферу инженерной романтики того времени

Список наиболее передовых, замечательных и вдохновляющих интегральных микросхем.



В создании микросхем, как и в жизни, маленькие дела порой влекут большие последствия. Если вы разработаете хорошую микросхему и воплотите её на кремниевой пластинке, то, возможно, ваше маленькое творение вызовет технологическую революцию. Подобное уже случилось когда-то с микропроцессором Intel 8088. И с динамическим ОЗУ Mostek MK4096. И с сигнальным процессором TMS32010.

Среди множества чипов, сошедших с конвейера за почти полвека "эпохи интегральных схем", небольшая группа стоит особняком. Лежащие в их основе идеи были настолько уникальными и передовыми для своего времени, что мы решили не применять к ним каких-либо технических клише. Достаточно сказать, что эти изделия сделали наше краткое существование в этой Вселенной чуть менее утомительным и более приятным.

1. Таймер NE555 (Signetics, 1971)

Стояло лето 1970 года. Разработчик микросхем Ханс Каменцинд в то время мог бы поведать вам пару ласковых слов о китайских ресторанах. Ведь его маленький офис располагался как раз между двумя такими заведениями в центре калифорнийского городка Саннивейл. Каменцинд работал в качестве консультанта в Signetics, местной полупроводниковой фирме. Экономика тогда находилась в упадке. Ханс получал меньше 15 000 долларов в год, а дома были жена и четверо детей. Поэтому ему срочно нужно было изобрести нечто стоящее.

И он сделал это, придумав один из величайших чипов всех времён. 555 была простой по структуре микросхемой, которая могла применяться в качестве таймера и генератора импульсов. Очень быстро она стала лидером продаж среди аналоговых микросхем, найдя применение в бытовой технике, игрушках, космических аппаратах и ещё тысяче других приложений.

"А ведь такого успеха могло и не быть" - вспоминает Каменцинд, который в свои 75 всё ещё занимается разработкой микросхем, правда, теперь уже вдали от китайских ресторанов.

Идея NE555 пришла к нему, когда он работал над системой фазовой автоподстройки частоты. После внесения небольших изменений эту схему стало возможным использовать, как простой таймер: вы запускаете её, и она генерирует импульсы в течение определённого времени. Вроде бы простая задумка, но в тот момент ничего подобного ещё не существовало.

Поначалу технический отдел Signetics отверг идею. Компания уже продавала компоненты, используя которые потребитель мог сам построить таймер, и новая разработка могла помешать этим продажам. Но Каменцинд не сдавался. Он обратился к Арту Фури, менеджеру по маркетингу. Фури одобрил идею.

Каменцинд потратил около года на проверку прототипов схемы, рисуя компоненты на бумаге и переводя чертежи на литографическую плёнку. "Всё делалось вручную, без компьютера" - вспоминает он. Окончательный вариант включал в себя 23 транзистора, 16 резисторов и 2 диода.

Когда в 1971 году NE555 вышла на рынок, она вызвала сенсацию. В 1975 году фирма Signetics была поглощена компанией Philips Semiconductors (ныне NXP). По её информации к настоящему времени продано несколько миллиардов этих микросхем. Инженеры до сих пор используют 555 для создания разных полезных изделий.

2. Речевой синтезатор TMC0281 (Texas Instruments, 1978)

Если бы не TMC0281, один инопланетянин ни за что не смог бы "позвонить домой". Ведь именно эта микросхема являлась сердцем (или, лучше сказать, ртом?) обучающей игрушки Speak & Spell от Texas Instruments. В фильме Стивена Спилберга "Инопланетянин" главный герой использовал эту игрушку для изготовления межпланетного коммуникатора (для справки: пришелец использовал ещё вешалку-плечики, банку из-под кофе и циркулярную пилу).

TMC0281 синтезирует голос, используя метод под названием "кодирование с линейным предсказанием". Звук при этом образуется сочетанием жужжания, шипения и пощёлкивания. Появление чипа стало сюрпризом для тех, кто считал, что "такое невозможно сделать на основе интегральной схемы", говорит Джин А. Франц, один из четырёх разработчиков игрушки. Варианты этого чипа использовались потом в аркадных игровых автоматах Atari, а также в автомобиле Chrysler K-car.

В 2001 году TI продала линейку речевых синтезаторов фирме Sensory, которая выпускала их до конца 2007 года. Однако если вы и сейчас имеете потребность совершить межпланетный телефонный звонок, то можете купить Speak & Spell в отличном состоянии на аукционе eBay примерно за 50 долларов.








3. Микропроцессор 6502 (MOS Technology, 1975)

Когда один круглолицый чудак установил чип в компьютер и загрузил его, вселенная получила толчок вперёд. Чудака звали Стив Возняк, компьютер назывался Apple I, а чипом был 6502, 8-битный микропроцессор, выпускавшийся фирмой MOS Technology. Этой микросхеме была уготована судьба стать "мозгом" великого множества компьютеров - таких, как Apple II, Commodore PET и BBC Micro, не говоря уже об игровых системах Nintendo и Atari. Чак Педдл, один из создателей чипа, вспоминает, как они впервые представили его на торговой выставке в 1975 году. "У нас было две стеклянных банки с чипами" - говорит он, - "и я заставил жену сидеть там и продавать их". Покупатели набегали толпами. Причина такого успеха не только в том, что 6502 был быстрее своих конкурентов - он был ещё и дешевле. Его цена составляла 25 долларов, в то время как сравнимые по характеристикам Intel 8080 и Motorola 6800 стоили тогда около 200 долларов.

"Прорыв - говорит Билл Менш, который работал над 6502 вместе с Педдлом, - состоял в том, что использовалась минимальная система команд, к тому же новая технология производства позволила в 10 раз увеличить выход годных микросхем по сравнению с другими компаниями". Почти в одиночку 6502 вызвал обвал цен на процессоры, что в свою очередь дало старт массовому проникновению персональных компьютеров в повседневную жизнь. Этот чип до сих пор используется в некоторых встроенных системах. Кстати, в одной из серий "Футурамы" показано, что в голове робота Бендера тоже установлен 6502.



4. Сигнальный процессор TMS32010 (Texas Instruments, 1983)

Великий штат Техас подарил миру немало великих вещей - десятигалонную шляпу, куриный стейк, Dr Pepper и т. д. На их фоне несколько затерялся процессор цифровой обработки сигналов TMS32010. Он не был самым первым сигнальным процессором в мире (компания Western Electric выпустила свой DSP-1 ещё в 1980 году), но стал самым быстрым. TMS32010 выполнял операцию умножения за 200 наносекунд - результат, приводивший тогдашних инженеров в состояние трепета. Не менее важно и то, что процессор мог считывать команды не только из внутреннего ПЗУ (подобно большинству тогдашних процессоров), но и из внешнего ОЗУ. "Это сделало разработку программ для TMS32010 более гибким по сравнению с другими микропроцессорами и микроконтроллерами" - говорит Ванда Гасс, участница группы разработчиков процессора, до сих пор работающая в TI. За первый год было продано около 1000 чипов по цене 500 долларов за штуку. Продажи постоянно росли, процессор стал неотъемлемой частью модемов, медицинских устройств и систем вооружения. TMS32010 был первым в большом семействе сигнальных процессоров, которое во многом определило успех корпорации TI.







5. Микроконтроллер PIC 16C84 (Microchip Technology, 1993)

В начале 1990-ых годов большая вселенная восьмибитных микроконтроллеров принадлежала одной компании, всемогущей Мотороле. Но вдруг у неё появился никому не известный соперник с малозначащим именем Microchip Technology, выпустивший контроллер PIC 16C84. Особенность этого чипа состояла в том, что он включал в себя электрически перепрограммируемую память типа EEPROM, которая не требовала ультрафиолетовой засветки для стирания, как у её предшественницы EPROM. "Теперь пользователи могли изменять программу прямо в процесссе работы" - говорит Род Дрейк, ведущий разработчик микросхемы, ныне директор Microchip. Вдобавок один чип стоил менее 5 долларов, что было в 4 раза ниже, чем цены конкурентов (в первую очередь, конечно, Моторолы). 16C84 нашёл применение в смарт-картах, пультах дистанционного управления и беспроводных автомобильных ключах. Он положил начало целой линейке микроконтроллеров, ставших "суперзвёздами" электроники - сейчас любой радиолюбитель знает о PIC-контроллерах. К настоящему времени продано около 6 миллиардов микросхем этого семейства. Где они только ни используются: в промышленных контроллерах, беспилотных летательных аппаратах, цифровых тестах на беременность, системах управления фейерверками и светодиодным освещением, и даже в биотуалетах.




6. Операционный усилитель mA741 (Fairchild Semiconductor, 1968)

Операционные усилители являются "хлебом" аналоговой электроники. На их основе сегодня конструируют аудио и видеоусилители, компараторы напряжения, выпрямители повышенной точности и множество других повсеместно применяемых схем.

В 1963 году 26-летний инженер фирмы Fairchild Semiconductor Роберт Видлар разработал первую монолитную микросхему ОУ, mA702. Она продавалась по 300 долларов за штуку. Затем Видлар улучшил схему, и новый ОУ, получивший обозначение mA709 и стоивший уже 70 долларов, обрёл большой коммерческий успех. Как гласит история, после этого Видлар попросил прибавки к зарплате. Когда ему отказали, он уволился.

Компания National Semiconductor была очень рада взять на работу человека, положившего начало разработке аналоговых микросхем. В 1967 году Видлар разработал для National Semiconductor ещё более усовершенствованный ОУ, получивший наименование LM101.

Пока менеджеры Fairchild беспокоились о внезапном конкуренте, в научно-исследовательской лаборатории компании молодой сотрудник Дэвид Фуллагар тщательно изучал LM101. Вскоре он обнаружил, что этот чип, несмотря на своё совершенство, имел пару недостатков. Во-первых, чтобы избежать частотных искажений, разрабочикам приходилось подвешивать к ИС внешний конденсатор. Во-вторых, входной каскад некоторых экземпляров микросхемы был очень чувствителен к внешним шумам - это объяснялось разбросом параметров при изготовлении.

"Входной каскад выглядел сляпанным наспех" - говорит Дэвид.

Фуллагар начал собственную разработку. Он расширил допуски производственных процессов, установив внутри чипа 30-пикофарадный конденсатор. Но как улучшить входной каскад? Решение оказалось очень простым - "оно пришло ко мне, когда я ехал в Тахо" - и состояло в добавлении в схему пары транзисторов. Это дополнение улучшило повторяемость микросхем.

Фуллагар представил свой проект главе исследовательского отдела компании Fairchild Гордону Муру, который отправил его в коммерческий отдел. Получившийся в результате новый чип mA741 стал стандартом для операционных усилителей. Эта микросхема и её варианты, произведённые другими фирмами, продавались сотнями миллионов штук. Сейчас за 300 долларов - цену самого первого ОУ марки 702 - можно купить около тысячи 741-ых чипов.

7. Генератор сигналов различной формы ICL8038 (Intersil, около 1983)

Критики насмехались над ICL8038 из-за её ограниченной функциональности и склонности к сбоям. Микросхема, предназначенная для генерации сигналов различной формы - синусоидальных, прямоугольных, треугольных, пилообразных, - действительно, обладала сложным характером. Но инженеры вскоре отыскали способы, как заставить её работать надёжно. И 8038 стала настоящим хитом - было продано несколько сотен миллионов экземпляров, нашедших бесчисленное множество применений - от знаменитого синтезатора Moog до самодельных приборчиков для взлома телефонных сетей. Изделие было настолько популярным, что компания выпустила специальный справочник под названием "Всё, что вы хотели знать об ICL8038". Вот пример вопроса оттуда: "Почему соединение ножек 7 и 8 приводит к улучшению температурной стабильности?".

Intersil перестал выпускать 8038 в 2002 году, но радиолюбители до сих пор используют её в самодельных генераторах сигналов и терменвоксах.




8. Асинхронный приёмопередатчик WD1402A (Western Digital, 1971)

Гордон Белл известен тем, что в 1960-е годы создал серию миникомпьютеров PDP от Digital Equipment Corp. Но ему принадлежит и другое, менее заметное, но не менее значимое изобретение - универсальный асинхронный приёмопередатчик или UART. Перед Беллом стояла задача соединить компьютер PDP-1 с телетайпом, что требовало преобразования параллельной линии в последовательную и наоборот. Для этого нужно было около 50 дискретных компонентов. Но Western Digital, в те годы маленькая компания по производству чипов для калькуляторов, предложила сделать приёмопередатчик на одном кристалле.

Основатель Western Digital Эл Филлипс до сих пор помнит, как вице-президент принёс ему рубилитовые листы с разводкой микросхемы, подготовленные для производства. "Я рассматривал их около минуты и заметил в одном месте разорванную цепь" - говорит Филлипс - "Вице-президент впал в истерику." Western Digital выпустила WD1402A примерно в 1971 году, а скоро последовали другие версии микросхемы. Сейчас асинхронные приёмопередатчики широко применяются в модемах, компьютерной периферии и другом оборудовании.







9. Процессор ARM1 (Acorn Computers, 1985)

В начале 1980-ых годов Acorn Computers можно было назвать "небольшой компанией, производившей большой продукт". Фирма, располагавшаяся в английском Кембридже, занималась производством популярных тогда компьютеров BBC Micro. Их было продано около 1,5 миллиона. В конце концов подошла пора выпускать новую модель, и инженеры Acorn решили создать для неё собственный 32-битный микропроцессор. Они назвали его Acorn RISC Machine, сокращённо ARM. Разработчики знали, что задача будет непростой. В глубине души они даже полагали, что встретятся с непреодолимыми трудностями, и проект придётся свернуть. "Наша команда была такой маленькой, что, принимая какое-либо решение, мы предпочитали самый простой выход, иначе мы никогда бы не довели дело до конца!" - говорит Стив Фурбер, ныне профессор вычислительной техники Манчестерского университета. В конце концов это стремление к простоте и решило дело. ARM получился маленьким, экономичным и легко программируемым.

Софи Уилсон, работавшая над системой команд процессора, вспоминает, как они впервые проверяли работу чипа в составе компьютера. "Мы напечатали в командной строке PRINT PI, и машина выдала правильный ответ" - рассказывает она - "Мы тут же откупорили бутылки с шампанским". В 1990 году Acorn выделил подразделение, занимавшиеся ARM, в отдельную фирму, и он продолжил своё победное шествие, как основной 32-битный процессор для встраиваемых систем. В частности, ARM-процессоры используются во многих разработках Apple - от провального Newton до сверхуспешного iPhone.




10. Датчик изображения KAF-1300 (Kodak, 1986)

Выпущенная в 1991 году цифровая фотокамера Kodak DCS 100 мало того, что стоила целых 13000 долларов, так ещё и требовала таскать с собой в наплечной сумке 5-тикилограммовый внешний накопитель данных. Не самое приятное занятие. Тем не менее, внутри её корпуса (позаимствованного от фотоаппарата Nikon F3) находился впечатляющий продукт высоких технологий - чип размером с ноготь, способный делать снимки с разрешением 1,3 мегапикселя, что достаточно для печати фотографий формата 5х7 дюймов. "В то время 1 мегапиксель был пределом мечтаний" - вспоминает Эрик Стивенс, ведущий разработчик микросхемы, который всё ещё работает в Kodak.

Эта микросхема - двухфазный прибор с зарядовой связью - стала основой для будущих CCD-датчиков, дав первый толчок к развитию цифровой фотографии. Интересно, что же было изображено на первом фотоснимке, сделанном с помощью KAF-1300? "О, - говорит Стивенс - мы просто направили датчик на стену лаборатории."






11. Шахматный процессор Deep Blue 2 (IBM, 1997)

По одну сторону доски 1,5 кг серого вещества, по другую - 480 цифровых микросхем. Люди окончательно проиграли машинам в 1997 году, когда шахматный компьютер IBM Deep Blue выиграл у действующего чемпиона мира Гарри Каспарова. Каждый из процессоров Deep Blue содержал 1,5 миллиона транзисторов, сгруппированных в специальные блоки, как в ОЗУ или ПЗУ. Сообща все процессоры могли анализировать 200 миллионов шахматных позиций в секунду. Эта вычислительная мощность вкупе с искусно составленной игровой программой позволила Deep Blue сделать в ходе турнира несколько решающих ходов - Каспаров назвал их "непохожими на компьютерные". "Они оказали большое психологическое давление" - вспоминает вдохновитель проекта Deep Blue Фень-сюнь Су, ныне работающий в Microsoft.






12. Процессор Crusoe (Transmeta Corp., 2000)

Большая вычислительная мощность означает большие тепловые потери. И, соответственно, быстрый разряд батареи. Компания Transmeta поставила своей целью разработать процессор с маленьким энергопотреблением, который посрамил бы "паровозы" от Intel и AMD. План был такой: специальное программное обеспечение должно в режиме реального времени переводить команды х86-ого процессора в собственный машинный код Crusoe, высокий уровень параллелизма которого сбережёт время и энергию. Процессор был разрекламирован, как величайшая микросхема с момента их появления и на какое-то время стал ею. Crusoe и его преемник Efficeon "доказали, что идея динамического преобразования кода была жизнеспособной с коммерческой точки зрения" - говорит Дэвид Дитцель, соучередитель Transmeta, теперь работающий в Intel. К сожалению, добавляет он, через несколько лет после появления этих чипов рынок маломощных компьютеров пошёл на спад.










Продолжить чтение
Subscribe
  • Post a new comment

    Error

    default userpic

    Your reply will be screened

    When you submit the form an invisible reCAPTCHA check will be performed.
    You must follow the Privacy Policy and Google Terms of use.
  • 0 comments