Narodziny sowieckiego systemu obrony przeciwrakietowej. Jak ZSRR kopiował mikroukłady?
Mówiąc najprościej, istnieją dwie duże kategorie tranzystorów: historycznie pierwszy szeregowy - tranzystory bipolarne (tranzystor bipolarny złączowy, BJT) i historycznie pierwszy koncepcyjnie - tranzystory polowe (tranzystor polowy, FET) i zmontowane na nich elementy logiczne , w obu przypadkach mogą być realizowane zarówno w postaci dyskretnej, jak i w postaci układów scalonych.
W przypadku tranzystorów bipolarnych istniały dwie główne technologie produkcji: pierwotny punkt (tranzystor punktowy), który nie miał praktycznego zastosowania, oraz technologia tranzystorów na złączach pn (tranzystor złączowy).
Z kolei tranzystory złączowe składały się z trzech głównych generacji technologicznych (w zależności od tego, jak powstało złącze): tranzystorów z wyrośniętym złączem (tranzystor z wyrośniętym złączem, oryginalna praca Shockley, 1948), RCA i General Electric, 1951, opracowany w technologia MAT/MADT firmy Philco i PADT firmy Philips) oraz najbardziej zaawansowane, uzyskane przez dyfuzję tranzystory złączowe (tranzystor o bazie rozproszonej firmy Bell Labs, 1954, bardziej zaawansowany tranzystor mesa firmy Texas Instruments, 1957, i wreszcie tranzystory planarne firmy Fairchild Semiconductor, 1959).
Jako egzotyczne opcje pojawiły się również tranzystory z barierą powierzchniową (tranzystor z barierą powierzchniową, Philco, 1953), to na nich znalazły się komputery MIT Lincoln Laboratory TX0 i TX2, Philco Transac S-1000 i Philco 2000 Model 212, Ferranti-Canada stworzył DATAR, Burroughs AN/GSQ-33, Sperry Rand AN/USQ-17 i UNIVAC LARC!
Tranzystory pola dryfowego (Centralne Biuro Technologii Telekomunikacyjnych Niemieckiej Służby Pocztowej, 1953) były również znane, były używane w IBM 1620 (1959) pod nazwą Saturated Drift Transistor Resistor Logic (SDTRL).
Do produkcji mikroukładów odpowiednie były (teoretycznie) trzy warianty tranzystorów złączowych - stop, mesa i planar.
W praktyce oczywiście nic się nie stało ze stopami (pozostały tylko papierowe pomysły Jeffreya Dummera, Bernarda Olivera i Harvicka Johnsona, 1953), z tranzystorami mesa wyszła marna hybryda TI 502 od Jacka Kilby'ego i nie było już chętnych eksperymentować, a proces planarny, wręcz przeciwnie, przebiegł idealnie.
Pierwszymi planarnymi mikroukładami były Fairchild Micrologic (te same używane w Apollo Guidance Computer i niejasnych AC Spark Plug MAGIC i Martin MARTAC 420) oraz Texas Instruments SN51x (używane w komputerach NASA Interplanetary Monitoring Probe i rakietach Minuteman II). w 1961 roku.
Ogólnie rzecz biorąc, Fairchild zarobił dobre pieniądze na programie Apollo - w sumie na wszystkie komputery NASA kupiła ponad 200 000 żetonów po 20-30 USD każdy.
W rezultacie zarówno płaskie tranzystory bipolarne, jak i oparte na nich mikroukłady były wykorzystywane do produkcji komputerów w latach 1960. (i mikroukładów w latach 1970.).
Na przykład wspaniały CDC 6600 został zmontowany w 1964 roku na 400 000 krzemowych tranzystorach bipolarnych Fairchild 2N709, wyprodukowanych przy użyciu najbardziej zaawansowanej technologii planarnej epitaksjalnej i zaprojektowanych dla ultrawysokiej częstotliwości 10 MHz.
Krótka historia logiki
Jak w tym czasie były zorganizowane komórki logiczne?
Do złożenia komputera potrzebne są dwie rzeczy.
Najpierw musisz jakoś złożyć sam obwód logiczny na klawiszach, które można kontrolować.
Po drugie (i to nie mniej ważne!), trzeba wzmocnić sygnał jednej komórki, aby z kolei mogła sterować przełączaniem innych, tak montuje się złożone obwody arytmetyczno-logiczne.
W historycznie pierwszym typie logiki - logice rezystorowo-tranzystorowej (RTL), jako wzmacniacz zastosowano ten sam pojedynczy tranzystor, który służył jako klucz, w obwodzie nie było już elementów półprzewodnikowych.
Ogniwo RTL wygląda jak najbardziej prymitywnie z punktu widzenia elektrotechniki, np. tutaj jest klasyczna implementacja elementu NOR.
Oczywiście przy pomocy RTL można (i trzeba!) zaimplementować inne konstrukcje, np. wyzwalacze.
Pierwszy komputer tranzystorowy, MIT TX0, został zmontowany w 1956 roku przy użyciu dyskretnych tranzystorów RTL.
W ZSRR RTL stanowiło podstawę pierwszych mikroukładów Osokin, o których już pisaliśmy - P12-2 (102, 103, 116, 117) i GIS „Tropa-1” (201).
RTL był tani i prosty, ale miał wiele wad: duża moc, która prowadziła do zwiększonego nagrzewania, rozmyte poziomy sygnału, niska prędkość, niska odporność na zakłócenia i, co najważniejsze, niska obciążalność wyjść.
Wariant RCTL (rezystor-kondensator-tranzystor) miał większą prędkość, ale był jeszcze mniej odporny na zakłócenia.
Pomimo pojawienia się bardziej zaawansowanych serii, RTL był używany i produkowany do 1964 roku.
Jedną z najpopularniejszych była seria Fairchild MWuL i nieco szybszy uL. Te dwie grupy, uzupełniające się pod względem właściwości, składały się z około 20 typów układów scalonych i były produkowane w dużych ilościach przez trzy lata.
W ZSRR sklonowano je około 1966 roku, a różne wersje potwornie przedpotopowego RTL były produkowane do połowy lat 1980., jeśli nie dalej.
Rozwój odbył się zgodnie z klasyką, ze wszystkim, co stosowne, jak to było w zwyczaju w ZSRR od niepamiętnych czasów (pisze o 111. serii słynny kolekcjoner i historyk elektroniki):
Potem (mniej więcej na samym początku lat 70.) pojawiają się 1LB111–1LB113, które są odrzucane przez prawie te same parametry, ale w wartościach bezwzględnych mają zauważalnie lepsze charakterystyki. Na przykład czas propagacji wynosił 600/650 ns i stał się 100/400 ns. Znaleźli zastosowanie na przykład w hybrydowych mikroukładach serii 207 - prawdopodobnie przy wymianie podstawowego elementu logicznego montowanego na tranzystorach dyskretnych.
Ale dość szybko, w 1973 r., zaprzestano wypuszczania wersji szybkiej, a 1LB112 + 1LB113 również opuścił scenę.
Sytuacja wróciła do pierwotnego stanu. Co oznacza ta druga przygodowa opcja, jest teraz dość trudne do ustalenia, ale mogło być dwóch deweloperów. Wtedy historia nabiera sensu. Podobno twórca szybszej wersji zgnił do 1973 roku, co jest zgodne z historią Biura Projektowego Staros.
Wiśnia na torcie w katalogu z 1976 roku, skądś znów pojawia się 1LB113...
Zwracamy uwagę na niezwykle ważny punkt do dalszego rozumowania.
Typ logiczny to koncepcja stosowana do projektowania obwodu elementu logicznego, a nie do jego konkretnej implementacji!
RTL może być zaimplementowany zarówno na elementach dyskretnych, jak i w wariancie mikroukładowym. W rzeczywistości można nawet wymienić tranzystor na lampę i uzyskać logikę lampy próżniowej sprzężoną z rezystorem - taką stosował pierwszy na świecie prototypowy komputer elektroniczny - Atanasoff-Berry Computer (1927-1942). Wariant RTL można znaleźć w pierwszych chipach - Fairchild Micrologic, a wariant RCTL - w TI SN51x.
Obciążalność ma kluczowe znaczenie dla tworzenia złożonych obwodów - jaki komputer się tam okaże, jeśli nasza komórka tranzystorowa jest w stanie przechylić maksymalnie 2-3 sąsiadów, nie można nawet złożyć inteligentnego sumatora. Pomysł zrodził się dość szybko - wykorzystać tranzystor jako wzmacniacz sygnału i zaimplementować logikę na diodach.
Pojawiła się więc znacznie bardziej zaawansowana wersja logiki - dioda-tranzystor (logika dioda-tranzystor, DTL). Bonusem DTL jest duża ładowność, choć prędkość wciąż pozostawia wiele do życzenia.
To właśnie DTL było podstawą 90% maszyn drugiej generacji, np. IBM 1401 (nieco zmodyfikowana autorska wersja uzupełnionej logiki tranzystorowej diody - CTDL, pakowana w karty SMS) i mnóstwo innych. Nie było mniej opcji implementacji obwodów DTL niż same maszyny.
Oczywiście można obejść się bez tranzystorów, wtedy otrzymuje się diodową logikę lampy próżniowej (niezwykle popularne rozwiązanie na początku lat 1950., prawie wszystkie maszyny, które powszechnie nazywane są lampami, faktycznie miały układy diodowe, a lampy niczego nie obliczały, po prostu wzmocniony sygnał, przykład z podręcznika - Brook's M1).
Inną egzotyczną opcją według dzisiejszych standardów jest logika czysto diodowa (logika diodowo-rezystorowa, DRL). Wynalezione w tym samym czasie, kiedy pojawiły się pierwsze diody przemysłowe, były szeroko stosowane w małych maszynach z początku lat 1950., na przykład kalkulator IBM 608 i komputer pokładowy Autonetics D-17B ze słynnej rakiety Minuteman I.
Przed wynalezieniem procesu planarnego tranzystory uważano za nieodpowiednie do krytycznych zastosowań wojskowych ze względu na potencjalną zawodność, więc Amerykanie używali DRL w swoich pierwszych pociskach.
Sowiecka odpowiedź Minuteman Użyłem komputera lampowego, a rakieta R-7 (m.in. ze względu na większe rozmiary wszystkich pozostałych elementów) okazała się potwornie ogromna w porównaniu z amerykańską: Yankees mają około 29 ton i 16,3x1,68. 280 metrów wobec niesamowitych 34 ton i 10,3x25 metra. Nawet monstrualny LGM-31,4C Titan II miał wymiary 3,05 x 154 metra i masę XNUMX ton, generalnie radzieckie ICBM zawsze były znacznie większe niż amerykańskie, ze względu na zacofanie technologii.
W rezultacie, na przykład, w odpowiedzi na kompaktową SSBN klasy Ohio trzeba było opracować chtoniczny 941 Shark - w łodzi wielkości Ohio radzieckie pociski po prostu nie pasowałyby.
Oprócz komputerów, DRL jest od dziesięcioleci używany we wszelkiego rodzaju automatyce przemysłowej.
Logika tranzystorowa również trafiła do układów scalonych, począwszy od układów Signetics SE100 z 1962 roku.
Чуть позже DTL-версии микросхем были выпущены всеми основными игроками на рынке, включая Fairchild 930 Series, Westinghouse и Texas Instruments, разработавшую на них БЦВМ D-37C Minuteman II Guidance Computer в том же 1962 году.
W Unii mikroukłady DTL były produkowane w ogromnych ilościach: serie 104, 109, 121, 128, 146, 156, 205, 215, 217, 218, 221, 240 i 511.
Przygotowanie do produkcji DTL również nie obyło się bez sowieckich przygód.
Wspomina Jurij Zamotajow, s. n. Z. Zakład Fizyki Jądrowej VSU:
Nie chcę się usprawiedliwiać niepowodzenia, ale dla ogólnego pomysłu powiem, że sześcienna komora próżniowa, około 3 m3, chroniona 5 tonami ołowiu przed wtórnymi promieniami rentgenowskimi, została zakupiona w NIIAT w Moskwie.
Była znana z tego, że Valery Bykovsky występował z nią po locie w kosmos. Aby operatorzy mogli załadować do niego części, został wyposażony w drabinę o wysokości około trzech metrów. Według danych paszportowych wiązkę elektronów można było zogniskować do średnicy 100 μm.
Dwuletnia regulacja przez specjalistów NIIAT i nam dała belkę o minimalnej średnicy około milimetra. Dość powiedzieć, że wiązka była strojona i sterowana za pomocą 148 transformatorów typu LATR-2.
Krótko mówiąc, broń musiała zostać przekazana do Instytutu Politechnicznego.
Czy reprezentujesz nasz stan umysłu?
Na wydziale niektórzy po prostu przestali się witać. Przechodzący obok nas Choroszkow Ju.W. spojrzał przez nas.
Zastanawiam się, dlaczego Zelenograd ciągle kupował sprzęt z Zachodu?
Może dlatego, że sowieckie instalacje nadawały się jedynie jako rekwizyty do filmów o doktorze Frankensteinie?
W rezultacie wszyscy zdobyli punkty na diodach i postanowili od razu zmontować mikroukłady (jeśli możesz zdobyć zachodnie stepery).
Rozpoczęto klonowanie DTL.
Szczerze mówiąc, inżynierowie obwodów wśród nas są bezużyteczni. W jednym z magazynów znaleźli schemat DTL z dziewięcioma komponentami. Dodając diodę na jego wejście otrzymaliśmy ten sam TS-1.
<…>
Przybywając po raz kolejny do nas, Shokin A.I., jak zawsze, w towarzystwie w tym czasie pierwszego sekretarza komitetu regionalnego KPZR SD Khitrov, wieczorem, w wąskim kręgu, zapoznał się z postępem prac. Następnie podniesiono kwestię przekazania pracy badawczej „Tytan” do Państwowej Komisji…
Nigdy nie zapomnę słów Shokina: „Mężczyźni! 31 grudnia, przynajmniej w ciągu najbardziej 24 godzin, do mojego domu, ale przynieś obecny schemat. Khitrow SD siedzi i mówi: „A ja mam!” Nawet się wzdrygnąłem. Myślę: „Ale dlaczego ty?! Nie daj Boże, że się okaże, udowadniając, że technologia jest fundamentalnie rozwinięta.
Niemniej jednak zdanie Khitrova odniosło skutek.
Po chwili minister powiedział: „Rzeczywiście, jedna próbka jakoś nie brzmi”. I przepraszam, po pół godzinie handlu ustaliliśmy, że 10 próbek zostanie przedstawionych Komisji Państwowej. Długo pamiętaliśmy o Khitrovie i zapomnieliśmy dopiero po zgłoszeniu tematu przez Państwową Komisję.
Nigdy nie zapomnę dnia, kiedy w końcu zamigotał pierwszy kryształ (w całości!!!).
To była wielka radość dla zespołu, którego niestety nie potrafię opisać.
Stało się to w połowie listopada. Zostało 1,5 miesiąca, a trzeba było zrobić jeszcze 9 sztuk!
I choć z powodu superintensywnej pracy wykonaliśmy partię 15–20 płyt w 4–5 dni, a partie były uruchamiane codziennie, jak to często bywa w życiu, to nastała prawdziwa passa przegranych. Przez prawie miesiąc nie było ani jednego kryształu.
Dzięki Bogu, gdzieś w połowie grudnia z dwóch lub trzech partii I. A. Arakcheeva zebrał 7 kryształów i złożył je w pudełka. Szczerze mówiąc (teraz możemy to przyznać) Państwowej Komisji przedstawiono 10 bloków pomiarowych, w których osiem miało wykresy, a dwa były pustymi skrzynkami. Ale Państwowa Komisja była zadowolona z pomiarów obu schematów.
<…>
Musimy oddać hołd WG Kolesnikowowi w zrozumieniu naszych problemów.
Doskonale wiedział, że na sprzęcie, na którym głównie prowadzona była część B+R, nie było mowy o prowadzeniu B+R, o organizacji masowej produkcji. Jeszcze 6 miesięcy przed zakończeniem badań, kątem ucha dowiedzieliśmy się, że zastępca głównego inżyniera Ławrentiew K.A. wyjechał do Japonii, jednak w jakim celu nie byliśmy zbyt świadomi…
Kilka tygodni później pospieszyliśmy z rozpakowywaniem pieców przywiezionych przez Ławrentiewa z Japonii. Były to słynne SDO-2, które dosłownie nas uratowało. Mamy je w ślepym zaułku.
W ten sposób V.G. Kolesnikov z góry błagał o walutę i zgodził się na dostawę sprzętu (wraz z piecami część sprzętu otrzymano za pomocą masek fotograficznych i fotolitografii).
<…>
Zabraliśmy A. I. Czernyszowa ze szkoły podyplomowej Woroneskiego Uniwersytetu Państwowego do laboratorium ponad limit, ponadto jako starszy inżynier. Ja, znając go jeszcze wcześniej, nie dałem mu żadnej grupy (a on nie prosił), ale poleciłem mu pracować z kontaktami. Przez dwa miesiące - dwa i pół, jak wtedy mówiliśmy, bez powrotu.
A potem pewnego dnia zadzwonił do mnie i mówi: „Spójrz!”
Sprawdziliśmy kryształ, na wejściu dwóch diod nie ma kontaktu, sam obwód oczywiście nie działa. Następnie stawia talerz na domowej roboty płaskim piecu, podgrzewa go do 470 stopni i odstawia na 15 minut. Następnie na tej płytce znajdziemy dwa funkcjonujące obwody, z drugiej (podobnie) - 3 itd.
Tak więc znaleziono tryb spalania aluminium.
Wszakże wcześniej aluminium palono w temperaturze 300 stopni, wykorzystując tajne wiadomości otrzymane przez 1. wydział, które okazały się dezinformacją ...
Mimowolnie pojawiła się myśl, jakie schematy przedstawiliśmy Komisji Państwowej? Wykonane losowo?!
Tak więc sowiecka mikroelektronika narodziła się w agonii.
Na czym został zmontowany Elbrus-1
Wreszcie królem logiki, który stał się złotym standardem przed erą mikroprocesorów, jest oczywiście logika tranzystorowo-tranzystorowa (TTL).
Jak sama nazwa wskazuje, tranzystory są tutaj używane do wykonywania zarówno operacji logicznych, jak i wzmacniania sygnału. Implementacja TTL wymaga wymiany diod na tranzystor z wieloma emiterami (zazwyczaj 2–8 emiterów).
TTL został wynaleziony w 1961 roku przez Jamesa L. Buie z TRW, który natychmiast zdał sobie sprawę, że najlepiej pasuje do układów scalonych, które dopiero pojawiały się w tamtych latach. Oczywiście TTL można również zaimplementować dyskretnie, ale w przeciwieństwie do DTL, jego sława nadeszła wraz z powstaniem układu scalonego.
Już w 1963 roku Sylvania wypuściła pierwszy zestaw układów z rodziny Universal High-Level Logic (SUHL, zastosowany w rakiecie AIM-54 Phoenix do myśliwca Grumman F-14 Tomcat), zbudowanych na układzie tranzystor-tranzystor. Dosłownie natychmiast po Sylvanii, Transitron wypuścił klona swojej rodziny o nazwie HLTTL, ale główne wydarzenie było przed nami.
W 1964 Texas Instruments wypuściło serię SN5400 dla wojska, a w 1966 wariant SN7400 w plastikowej walizce do użytku cywilnego (seria SN8400, która była średnia pod względem przeżywalności między nimi do użytku przemysłowego, została wyprodukowana przez krótki czas). czas).
Nie można powiedzieć, że 54/74 miał jakieś niesamowite parametry, ale był dobrze dobrany pod względem elementów i, co najważniejsze, miał niesamowitą reklamę.
Ogólnie rzecz biorąc, TI było czymś w rodzaju Intela lat 1960. - głównym wyznacznikiem trendów na rynku układów scalonych (głównie ze względu na niesamowicie powolną politykę ich głównego konkurenta, Fairchilda i potworne wojny patentowe, a nie specjalny talent programistów).
W rezultacie dosłownie w ciągu kilku lat seria 7400 była licencjonowana przez dziesiątki firm - Motorola, AMD, Harris, Fairchild, Intel, Intersil, Signetics, Mullard, Siemens, SGS-Thomson, Rifa, National Semiconductor i ukradł cały Blok Społeczny – ZSRR, NRD, Polska, Czechosłowacja, Węgry, Rumunia, a nawet ChRL, i stał się tym samym standardem co w architekturze x1980 lat 86.
Jedyną firmą, która nie dała się nabrać na propagandę TI, był oczywiście IBM, państwo-korporacja, która robiła wszystko sama.
W rezultacie do połowy lat 1990. produkowali absolutnie oryginalne chipy TTL własnej, niekompatybilnej konstrukcji i stosowali je w IBM System / 38, IBM 4300 i IBM 3081.
Ciekawe jest również to, że seria 7400 nie była właściwie uczciwą logiką TTL.
Od zaawansowanej serii 74S (Schottky TTL) z 1969 roku i dalej do 74LS (Low-power Schottky), 74AS (Advanced-Schottky), 74ALS (Advanced-Schottky Low-power) i 74F (Fast Schottky) wydanych w 1985 roku, mikroukłady nie zawierają w ogóle tranzystora wieloemiterowego - zamiast niego na wejściach zastosowano diody Schottky'ego.
W rezultacie technicznie jest to prawdziwy DTL (S), zwany TTL, wyłącznie po to, aby nie dezorientować konsumenta i nie przeszkadzać w biznesie.
TTL i TTL(S) pozbawione były prawie wszystkich mankamentów poprzednich rodzin - działały wystarczająco szybko, były niedrogie, niezawodne, mało grzały i miały dużą ładowność. Mikroukłady TTL, w zależności od typu, zawierały od dziesiątek do tysięcy tranzystorów i były elementami od najbardziej prymitywnej bramki logicznej do zaawansowanego wojskowego BSP.
Kenbak-1, przodek wszystkich komputerów osobistych, używał TTL dla swojego procesora w 1971 roku.
Pracował na nich także legendarny terminal Datapoint 2200 z 1970 roku (co więcej, ten zestaw służył później jako prototyp dla architektury Intel 8080). Stacje robocze Xerox Alto z 1973 r. i Star z 1981 r. również miały procesory zmontowane z dyskretnych mikroukładów TTL, jednak już w skali procesora bit-slice.
Praktycznie wszystkie komputery do połowy lat 1990. wykorzystywały chipy TTL w takiej czy innej formie w momentach niekrytycznych dla wydajności, na przykład jako część różnych kontrolerów magistrali.
Ponadto, przed pojawieniem się matryc FPGA, chipy TTL były aktywnie wykorzystywane do prototypowania mikroprocesorów (najfajniejsze tutaj był właśnie Elbrus - przed wydaniem swojej normalnej wersji, ITMiVT, w rzeczywistości, prototypował całą maszynę na TTL, którą nawet sprzedawał osobno ).
Początkowo TI wypuściło klasyczną serię 74 i szybki wariant 74H z typowym opóźnieniem wynoszącym zaledwie 6 ns.
Nośność wynosiła 10 - doskonały wynik, pozwalający na montaż dość skomplikowanych obwodów.
Sprawa była najprostsza - DIP14, seria zawierała 8 najprostszych (typu NAND) mikroukładów. Nieco później rozszerzono nazewnictwo (podobnie jak dodano typy pakietów, 16 i 24 piny) i pojawiła się wersja o niskim poborze mocy - 74L, spowolniona do 30 ns na cykl.
Pierwsza seria z diodami Schottky'ego, 74S, została wydana w 1971 roku, jej prędkość wzrosła prawie do poziomu radzieckiego ECL - 3 ns. W połowie lat 1970. pojawił się 74LS o małej mocy (przy tej samej prędkości, co zwykle, 74. moc została zmniejszona 5 razy).
W 1979 roku Fairchild zdecydował się zainwestować 5 centów i stworzył serię 74F przy użyciu zastrzeżonej technologii Isoplanar-II (głębokie selektywne utlenianie, które zapewnia izolację boczną elementów zamiast złączy pn), której używali ogólnie do wszystkiego.
Umożliwiło to pokonanie pożądanej bariery 2 ns i jednocześnie radykalne zmniejszenie mocy (nawiasem mówiąc, w przypadku sowieckich klonów TTL wszystkie opóźnienia można bezpiecznie pomnożyć przez 2-3).
Texas Instruments były transportowane do 1982 roku, kiedy to w końcu opanowały serie 74ALS i 74AS o prawie tych samych parametrach. 74AS był nawet nieco szybszy niż wersja Fairchild, ale rozgrzewał się dwa razy bardziej i nie odniósł sukcesu, ale 74ALS był bardzo popularny.
Wreszcie, łabędzią pieśnią TTL była seria 1989Fr stworzona przez Fairchilda w 74 roku, która była 1,5 raza szybsza niż 74F i podobnie podgrzewana 1,5 raza, więc szybko została wycofana.
Z drugiej strony 74ALS był stemplowany aż do 2019 roku i był używany w wielu małych automatach i elektronice. Była też wersja SNJ54 - odporna na promieniowanie do użytku kosmicznego.
W latach 1967-1968 w Unii nie było chipów TTL.
Dlatego, w tym komputery ES, M10 Kartseva i 5E53 Yuditsky'ego, opracowano dla najpotężniejszego, jaki był dostępny - różnych GIS. BESM-6 i 5E92b były na ogół tranzystorami, jak wszystkie pojazdy cywilne. Nawet prototyp przenośnego komputera 5E65 (którego pomysły Burtsev pożyczył później na 5E21), wydany w ilości trzech sztuk, od 1969 do 1970 roku, również został poddany tranzystorowi.
Jednak, jak pamiętamy, w latach 1967-1968. podjęto decyzję o rozwoju kompleksu S-300, a jednocześnie ITMiVT zleca klonowanie serii TI 54/74.
W tym samym czasie Ministerstwo Przemysłu Radiowego przejmuje wszystkie wydarzenia związane z obroną przeciwrakietową i mniej więcej w tym samym czasie narodziła się koncepcja Elbrusa Burtseva.
W efekcie zapada decyzja o rozpoczęciu badań architektonicznych w zakresie 2 pojazdów jednocześnie - dla przenośnej obrony przeciwlotniczej (5E26) oraz dla stacjonarnej obrony przeciwrakietowej (Elbrus). Równolegle planowane jest opracowanie długo oczekiwanych chipów TTL, zbadanie możliwości produkcji chipów ECL oraz stworzenie dwóch komputerów.
Jak wiemy, w praktyce wszystko nie poszło zgodnie z planem, a znacznie bardziej prymitywna 5E26 została ukończona dopiero po 8 latach prac rozwojowych, a znacznie bardziej wyrafinowany Elbrus był masowo produkowany w wersji TTL dopiero w połowie lat 1980. ( oraz opcję ECL- na początku lat 1990.), rujnując projekt na 20 lat.
Na rozwój radzieckiego TTL istotny wpływ miał również drugi, po ITMiVT, poważny gracz, który powstał w 1969 roku - NICEVT, który opracował serię unijną (o jego ogromnej roli w rozwoju radzieckich ECL będziemy mówić w następnym część).
Mało kto wie, ale w złotych latach 1959-1960 nie tylko Rosjanie poszli do Amerykanów, ale także Amerykanie do nas!
W szczególności, w 1960 roku, słynny inżynier i wynalazca z Texas Instruments, dyrektor badań nad instrumentami pod kierownictwem Gordona Teala, dr Petritz (Richard L. Petritz), jeden z ojców SN51x, przybył do Pragi na Międzynarodowej Konferencji na Fizyce Półprzewodników w Pradze.
Z Czechosłowacji wyjechał do Moskwy, gdzie odwiedził sowieckie laboratoria, podzielił się swoimi doświadczeniami i omawiał fizykę półprzewodników.
W ten sposób (biorąc pod uwagę Starosa i Berga) prawie cała sowiecka mikroelektronika powstała przy aktywnym i raczej przyjaznym udziale Amerykanów.
Do 1969 roku zakończono rozwój słynnej serii 133 - klonu SN5400 w płaskiej konstrukcji dla wojska (R&D "Logic-2").
Od tego momentu stopniowo kopiowano całą linię mikroukładów z TI:
To na tej serii powstał Elbrus-1.
Jak wielu w latach 1990. Burcew nagle dowiedział się, że założyciele Zelenogradu, Staros i Berg byli Amerykanami i, podobnie jak Małaszewicz, był tak zszokowany, że nie omieszkał wylać dobrego wiadra na swoich zmarłych kolegów:
Znałem dobrze Starosa i Berga i dostatecznie szczegółowo przestudiowałem wyniki ich działalności w Związku Radzieckim...
Prawdą jest, że Staros i Berg jako studenci przekazywali tajne dane z USA w zakresie radarów stronie sowieckiej. Ale to, że w ten sposób udzielili nam ogromnej pomocy w rozwoju stacji radarowej, jest co najmniej przesadą.
<…>
Wygląd urządzeń mikroelektronicznych według Starosa-Berg wyglądał tak: kryształy wyekstrahowane z tranzystorów typu case point zostały umieszczone we wspólnej słabo uszczelnionej obudowie.
Oczywiście nie mogliśmy podążać ścieżką takiej mikroelektroniki.
Ponadto dobrze wiedzieliśmy, jak działają tranzystory punktowe w ramach logiki tranzystora ferrytowo-tranzystorowego, ponieważ używamy ich w tych elementach techniki komputerowej od 1956 roku.
Na potwierdzenie słuszności naszej odmowy ze strony mikroelektroniki oferowanej przez Staros nie trzeba było długo czekać.
Pewnego pięknego dnia w 1966 roku dyrektor naszego instytutu, akademik Siergiej Aleksiejewicz Lebiediew zadzwonił do mnie i powiedział: „Waleryj Dmitriewicz poprosił cię o pilne przybycie. Kałmykow. Nie powiedział dlaczego, tylko uśmiechnął się chytrze.
W ministerstwie Valery Dmitrievich powiedział: „Pewnego dnia Chruszczow odwiedził Staros. Pokazano mu komputer o nazwie UMNKh - maszynę do zarządzania gospodarką narodową.
Chruszczow zalecił wykorzystanie UMNKh w zarządzaniu gospodarką narodową.
Po przybyciu Chruszczowa zwołano obwodowy komitet partyjny, na którym padło pytanie, czy taka machina jest potrzebna w regionach. Wszystkie sekretarki powiedziały, że naprawdę potrzebują takiej maszyny.
A kto ma zrobić ten komputer?
Dla mnie. Wątpię, czy jest to konieczne i czy UMNKh w ogóle działa.
Dlatego włączamy Cię do prowizji za odbiór tego auta, ale miej na uwadze, że sytuacja jest trudna – jeżeli odbierzesz auto, to będziesz musiał to zrobić, ale ja tego nie chcę, nie będziesz zaakceptuj to - może być skandal.
Na szczęście wszystko poszło dobrze.
Przybywając do Leningradu i rozpoczynając pracę w komisji, najpierw pisałem małe testy.
Kryształy tranzystora wyjęte z obudowy, umieszczone w ogólnej obudowie maszyny, nie działały. Oczywiście nie mogliśmy napisać aktu negatywnego, a nasz mądry przewodniczący, generał V.F. Balashov, odłożył testy na sześć miesięcy ...
Testy były odkładane jeszcze wiele razy, bez ukończenia prac komisji, a wszyscy zapomnieli o maszynie UMNKh ...
Jednak sami Staros i Berg, a zwłaszcza ich zespół, zrobili na nas dobre wrażenie, zaprzyjaźniliśmy się z nimi, podzieliliśmy się naszym doświadczeniem w tworzeniu niezawodnych systemów.
<…>
Oczywiście nie mogliśmy nie zapytać naszych kolegów pracujących w tym laboratorium, co pokazali Chruszczowowi i jak go przekonali, że maszyna UM-NH może coś kontrolować? W wielkiej tajemnicy odpowiedzieli nam: „Pokazaliśmy mu postać Lessage’a na oscyloskopie i daliśmy mu słuchawkę wkładaną do ucha”. My też dostaliśmy takie odbiorniki, ale pracowały nie dłużej niż tydzień.
Nie ma co się dziwić i oburzać – przykłady wiosek potiomkinowskich i nowego stroju króla można niestety znaleźć dzisiaj, zresztą w bardziej prymitywnej formie i na dość wysokim poziomie.
Zarówno Staros, jak i Berg byli ludźmi przedsiębiorczymi - wynalazcami, ale niestety wynalazcami w obszarze, w którym istnieją tylko badania naukowe i techniczne. Wynalazcy nie mają tu żadnej korzyści, tylko irytacja.
Dlatego nie można ich nazwać założycielami mikroelektroniki Związku Radzieckiego, nawet jeśli N. S. Chruszczow mianował Starosa głównym projektantem Zelenogradu.
Jeszcze bardziej fałszywe jest twierdzenie, że odegrali oni pewną pozytywną rolę w rozwoju technologii komputerowej w ZSRR.
Stosunek do tego wywiadu został zwięźle wyrażony znany były programista i ekspert od sowieckich chipów:
Ogólnie tutaj można skomentować każdą propozycję, zaczynając od „nie mogliśmy iść ścieżką takiej mikroelektroniki”, a wszystkie sowieckie GIS, na których wszystko było gromadzone, 5 lat przed Starosem, przepraszam, że wtedy jest to inaczej?
Nie wspominając już o tym, że 10 lat później Burcew zetknął się również z potwornie skręconym ECL, stworzonym przez zrogowaciałe ręce uczciwych sowieckich ludzi, a nie przez obcego Starosa, płaczącego do syta i opóźniającego o kilka lat Elbrus-2.
Szczególnie przyjemny dla oka jest fragment o „takich odbiornikach, które też nam zaprezentowano, ale pracowali nie dłużej niż tydzień. Nie ma co się dziwić i oburzać – niestety przykłady wiosek potiomkinowskich i nowego stroju króla można znaleźć dzisiaj.
Te odbiorniki są po prostu magiczne. Jeśli chcemy udowodnić znikomość Starosów, są one obrzydliwe. Jeśli chcemy udowodnić wielkość sowieckiej supernauki, są niesamowite!
Ogólnie rzecz biorąc, amerykańscy Staros stworzyli arcydzieło bezużytecznych śmieci, które przewyższyło Amerykanów z wioski Potiomkinowskiej.
Aby spokojnie pamiętać o tych wzajemnie wykluczających się paragrafach i nie dać się poruszyć rozsądkiem, trzeba mieć rozwiniętą umiejętność dwójmyślenia, jak już opisaliśmy, niewiarygodnie pompowaną przez rosyjskich akademików od lat 1930. XX wieku.
Śmieszna jest też wszechmoc Kałmykowa z cytatu.
Chruszczow podpisał dekret o produkcji UM-1NH, ale sam diabeł nie jest bratem ministra, przywołuje Burcewa i mówi: Nie lubię Starosa, napełnij go. Burcew nie jest uczciwym i pryncypialnym Lukinem, który został wyrzucony z MCI za niechęć do wrobienia Kisunko, Burcew wszystko rozumie i przez to zostaje szefem programu komputerowego obrony przeciwrakietowej.
Ogólnie rzecz biorąc, cała esencja ministerstw krajowych: czy samochód jest produkowany?
Tak.
Wszyscy sekretarze komisji regionalnych?
Tak.
Chruszczowa dla?
Tak.
Czy wszystkie dokumenty dotyczące wydania zostały podpisane?
Tak.
Myślisz, że samochód został wydany?
I szisz, Kałmykow, podobnie jak Baba Jaga, jest temu przeciwny, jest zbyt leniwy, żeby się bawić.
Jedno cieszy w tej historii, po 20 latach karma dogoniła Burcewa i w ten sam sposób, opluty przez wszystkich za niepowodzenie Elbrusa, został wyrzucony z ITMiVT, a później Babajan go ścisnął, likwidując Ogólnorosyjski Komitet Centralny RAS i po raz drugi wypędzając go na mróz, tak też kradnąc całą chwałę ojca sowieckich Burroughsów.
Nie zapominajmy, że Elbrus-1 nie wyczerpał możliwości wykorzystania radzieckiego TTL.
Drugim najważniejszym zastosowaniem jest komputer ES, a konkretnie mniejsze i średnie modele Row-1 oraz zmodyfikowany Row-1.
Przyjałkowski, Generalny Projektant UE, bardzo dobrze wypowiadał się o ich jakości:
Po pierwsze, równolegle z maszynami stworzono bazę mikroelektroniczną, na której zbudowano komputery ES. Ponieważ cykl rozwoju komputera trwał co najmniej trzy lata, zanim maszyna została po raz pierwszy dostarczona do konsumenta, była przestarzała w swojej bazie elementów. Do początku lat 80. domowe mikroukłady stale zwiększały stopień ich integracji. Tak więc komputer ES-1020 wykorzystywał tylko osiem typów mikroukładów serii 155, a do czasu rozpoczęcia produkcji pojawiły się kolejne dwa tuziny typów o średnim stopniu integracji.
Po drugie, przemysł chemiczny nie mógł (a może nie chciał?) konsekwentnie produkować plastiku do mikroukładów z pakietami DIP, co zapewnia szczelność opakowania. W rezultacie mikroukłady miały wyjątkowo niską niezawodność, szczególnie w warunkach wymuszonej wentylacji szaf komputerowych.
<…>
Wśród tych maszyn model ES-1032 wyraźnie wyróżnia się pod względem parametrów technicznych i ekonomicznych.
Przy jednej architekturze powodem tak doskonałej jak na tamte czasy wydajności była tylko baza technologiczna. Zastanawianie się nad tą sprawą ma sens, biorąc pod uwagę poważną debatę, jaka toczyła się w najwyższych organach ZSRR (VPK, SCNT, GOSPLAN, MRP), gdy w 1974 roku pojawił się polski komputer ES-1032.
Procesor tego modelu wraz z pamięcią RAM i kanałami mieścił się w jednej szafce, natomiast modele krajowe ST-1022 i ST-1033 - w trzech. Jego rozwój odbywał się we wrocławskich fabrykach poza planami SGK ES EVM. Po jego zakończeniu pojawiło się pytanie o przyjęcie go do komputera ES i przypisanie mu odpowiedniego kodu.
Studiując dokumentację do maszyny, okazało się, że podczas jej tworzenia naruszone zostały podstawowe dokumenty i standardy unijnego komputera.
Głównym naruszeniem było użycie pełnej serii chipów SN74 firmy Texas Instrument. Radziecki odpowiednik tej serii - seria 155 ("Logic-2") miał dwukrotnie najgorsze charakterystyki czasowe i nie było w nim zwiększonych schematów integracji. Pod naciskiem najwyższych władz kraju (przede wszystkim kompleksu wojskowo-przemysłowego i obwodu moskiewskiego) stosowanie obcych komponentów, które nie mają krajowych odpowiedników, było surowo zabronione w unijnych dokumentach komputerowych.
Podobna sytuacja była z zasilaczami.
Użycie podwójnych TEZ o wymiarach 280x150 mm było naruszeniem wytycznych EC EVM.
Wszystko to, a także zastosowanie wielowarstwowej płytki drukowanej TEZ i zastosowanie pamięci półprzewodnikowej zamiast ferrytowej (w ZSRR nie było seryjnej produkcji chipów do pamięci RAM) doprowadziło do wielokrotnego wzrostu stopień integracji wymiennego elementu zastępczego, a w konsekwencji zmniejszenie rozmiaru i zmniejszenie zużycia energii.
Jak powiedzieliśmy - potworne wcielenie radzieckiego TTL (zwłaszcza w wersji cywilnej) było dokładnie tym, co sparaliżowało Ryad-1 i na zawsze pozostawiło wielu z wrażeniem, że wydanie klonu IBM było strasznym błędem.
Same maszyny były znakomite (IBM nie zrobi śmieci, ta architektura została skopiowana ze straszliwą siłą przez cały świat, od Niemców po Japończyków), nasi programiści w sumie też wykonali dobrą robotę.
Ale Zelenograd, przed wysokiej jakości produkcją chipów, nawet na całkowicie zakupionych liniach zachodnich, cała jego historia przypominała spacer na Księżyc. Właśnie z powodu potwornej jakości pierwszych mikroukładów z serii 155. większość maszyn ES Row-1 w ogóle nie działała lub była stale i okrutnie zapluskwiona.
Szkoda, że pod koniec lat 1980. rząd-1 stanowił ponad 25% całkowitej liczby komputerów w UE, w wyniku czego co najmniej 1/4 niefortunnych użytkowników w całej Unii była gotowa zniszczyć te cholerne maszyny z młotem kowalskim, co nie było winą IBM, ani NICEVT.
Wszelkie roszczenia o sprawiedliwość musiały być wysyłane do Zelenogradu, do Małaszewicza, urzędnika Ministerstwa Gospodarki, który zasłynął ze swoich wspomnień, w których jedna historia jest bardziej zaskakująca niż inna:
Zgadzamy się, że wyniki były naprawdę fantastyczne, ale nie w pozytywnym sensie.
W 1972 roku CIA przygotowała serię raportów na temat stanu sowieckiej mikroelektroniki i odtajniła je w 1999 roku.
Oto jeden z nich:
Próbki są wyraźnie gorsze od analogów produkowanych w USA.
Nawet fabrycznie oznaczone egzemplarze z 1971 roku wydają się być prototypami… nic nie wiadomo o istnieniu w ZSRR masowo produkowanego sprzętu cywilnego, który wykorzystuje układy scalone i nie ma śladów ich użycia w sprzęcie wojskowym. Jeśli ZSRR produkuje mikroukłady na skalę przemysłową, nie jest jasne, gdzie ich użyje lub będzie ich używać.
A jeśli Unia stworzyła duży i rentowny przemysł mikroukładów, to jej zainteresowanie zakupami na dużą skalę sprzętu i technologii z Zachodu do produkcji tych produktów jest również zastanawiające ...
ZSRR zbyt późno otrzymał technologię płaskiego krzemu, a ze względu na ciągłe trudności w produkcji początkowego materiału krzemowego w wystarczających ilościach, produkcja mikroukładów w Unii wciąż rozpoczęła się całkiem niedawno i w bardzo małych ilościach ...
W 1971 r. w ZSRR płaskie i planarne tranzystory epitaksjalne stanowiły zaledwie 1/10 całkowitej liczby typów tranzystorów dostępnych w sowieckich katalogach.
<…>
Technologie produkcyjne są o 5–10 lat za tymi stosowanymi w Stanach Zjednoczonych. W zakładzie szeroko stosowany jest sprzęt zachodni. Niektóre produkty w końcowych testach wydają się nosić znak towarowy głównego amerykańskiego producenta układów scalonych, chociaż agent nie był w stanie zbadać tych próbek z bliska, aby potwierdzić to podejrzenie.
<…>
Nawet ograniczone możliwości produkcji układów scalonych, które obecnie posiada ZSRR, są w dużej mierze wynikiem sukcesu Sowietów w pozyskiwaniu krytycznego sprzętu z USA, Europy Zachodniej i Japonii. Jednocześnie brak wiedzy potrzebnej do wdrażania, obsługi i wsparcia tego sprzętu spowolnił wysiłki w zakresie produkcji chipów.
W 1999 roku CIA odtajniła kolejny raport ZSRR dotyczący budowy zaawansowanego przemysłu półprzewodników z embargiem na zachodnie maszyny.
Oto, czego możesz się nauczyć z tego interesującego dokumentu:
Większość sowieckich wojskowych systemów elektronicznych nadal opiera się na przestarzałej technologii tranzystorowej lub lampowej, a produkcja nowoczesnych komputerów trzeciej generacji do przetwarzania danych jest znacznie opóźniona.
Od 1973 r. Moskwa nabyła sprzęt i urządzenia przeznaczone do produkcji półprzewodników za łączną kwotę 40 mln USD ...
Amerykańskie organy kontroli eksportu otrzymały informacje o zamówieniach sowieckich i opóźniły dostawę niektórych elementów o krytycznym znaczeniu dla zautomatyzowanych systemów przetwarzania i monitorowania środowiska. ZSRR nie otrzymał jeszcze technologii produkcji, która umożliwia efektywne wykorzystanie nabytego sprzętu ...
Podejmowano wiele prób nabycia kompletnych linii produkcyjnych układów scalonych (IC), a nawet fabryk układów scalonych poza legalnymi kanałami, ale uważamy, że nie zakończyły się one sukcesem.
W ogóle Sowieci nie otrzymali, a nawet nie próbowali uzyskać dostępu do odpowiedniego know-how ...
Sporadyczne zakupy zachodniego sprzętu w celu wypełnienia krytycznych luk w procesie produkcyjnym prawdopodobnie umożliwiły ZSRR rozpoczęcie produkcji układów scalonych nieco wcześniej, niż byłoby to możliwe w innym przypadku.
Jesteśmy jednak przekonani, że ogólny wpływ takiego podejścia na zdolności produkcyjne Sowietów był niewielki.
Wynika to z niedoboru sprzętu produkowanego w ZSRR i przestarzałej technologii produkcji, a także z prawie całkowitego braku kontroli nad jakością produktów i stanem środowiska pracy w sowieckich przedsiębiorstwach.
Do 1973 roku, po prawie czterech latach doświadczenia w produkcji, Sowieci mogli produkować jedynie stosunkowo proste dwubiegunowe małe układy scalone (niezintegrowane) o słabej jakości iw małych ilościach.
Do 1973 roku Sowieci produkowali głównie proste typy półprzewodników (tranzystory i diody) na bazie germanu.
Przejście na technologię krzemową i produkcję bardziej nowoczesnych typów urządzeń półprzewodnikowych, w tym układów scalonych opartych na krzemie, przebiega powoli. Tak więc ZSRR wyprodukował w 1972 r. tylko 10 milionów układów scalonych, co stanowiło mniej niż dwa procent produkcji USA (ponad 700 milionów sztuk).
Naszym zdaniem, Sowieci byli w stanie osiągnąć nawet tak niski poziom produkcji tylko dzięki dużym zasobom pracy, nieefektywnym metodom prób i błędów oraz wykorzystaniu skradzionych lub potajemnie pozyskanych zachodnich projektów urządzeń półprzewodnikowych.
Sowieci wyczuli brak postępów w rozwoju i produkcji układów scalonych i w 1973 roku najwyraźniej zdecydowali się na skorzystanie z pomocy Zachodu na dużą skalę.
W latach 1973-1974 Sowieci zaczęli szukać nielegalnych kanałów w celu pozyskania znacznych ilości sprzętu, w tym najnowocześniejszego dostępnego wówczas sprzętu...
Wreszcie ZSRR może teraz rozpocząć masową produkcję własnych urządzeń testowych.
Jednak ta technologia jest obecnie przestarzała i jeśli Sowieci nie ulepszy jej lub nie zastosuje bardziej zaawansowanej technologii, może nie być odpowiednia do nowoczesnej produkcji półprzewodników o wysokiej gęstości.
Ten raport ciekawie łączy się ze słowami Małaszewicza:
Jednocześnie poziom wojskowej elektroniki kosmicznej z architektonicznego punktu widzenia w ZSRR nie różnił się od amerykańskiego, opóźnienie dotyczyło poziomu integracji i technologii.
Ken Shirriff pisze:
Oba systemy oparte są na chipach TTL, chociaż Shuttle ma chipy szybszej generacji. Wiele żetonów Shuttle jest nieco bardziej skomplikowanych; zwróć uwagę na żetony z 20 pinami u góry.
Duży biały układ jest znacznie bardziej złożony - jest to układ korekcji błędów pamięci AMD Am2960.
Płytka Shuttle jest bardziej zaawansowana, ma więcej niż dwie warstwy, co pozwala na umieszczenie chipów o 50% gęściej.
W tym czasie uważano, że ZSRR jest 8–9 lat za Zachodem w technologiach IS; jest to zgodne z tym, co widać na podstawie porównania obu tablic.
Zaskoczyło mnie jednak podobieństwo komputera Shuttle do zegarka Sojuz.
Spodziewałem się, że komputer Shuttle będzie korzystał z mikroprocesorów z lat 1980. i wyprzedzi zegar Sojuz o pokolenie, ale okazuje się, że oba systemy wykorzystują technologię TTL i w wielu przypadkach układy mają prawie taką samą funkcjonalność.
Na przykład obie płyty używają chipów, które implementują 4 bramki NAND każda (poszukaj chipa 134ΛB1A po lewej i 54F00 po prawej).
Nadejście CMOS
Dla ogólnego rozwoju wspominamy również historię tranzystorów polowych (tranzystor polowy, FET).
Jako koncepcja pojawiła się jeszcze wcześniej, w pracach Lilienfelda (Julius Edgar Lilienfeld) w latach 1920., i faktycznie Bardeen, Brattain i Shockley próbowali go stworzyć, nie bez powodzenia, w wyniku czego powstał tranzystor bipolarny.
Tortury z tranzystorami polowymi trwały od 1945 (Heinrich Johann Welker, prototyp JFET - złącze FET) do 1953 (patent George'a F. Daceya i Iana Munro Rossa na przemysłową, ale kosztowną i zawodną metodę wytwarzania JFET).
Technologia była nadal tak prymitywna i nieskuteczna, że w połowie lat pięćdziesiątych większość badaczy w ogóle nie zawracała sobie głowy FET, a te, które zostały wyprodukowane, były produkowane w małych seriach do specjalnych zastosowań (na przykład GE Technitron, cienkowarstwowa folia z 1950 roku). siarczek kadmu FET z RCA lub praca z 1959 roku z Crystalonics).
Przełom nastąpił dopiero w 1959 roku, kiedy urodzony w Egipcie amerykański inżynier Mohamed M. Atalla odkrył pasywację powierzchni płytek krzemowych, co umożliwiło masową produkcję krzemowych układów scalonych.
Wraz z innym amerykańskim obcokrajowcem, Koreańczykiem Dionem Kangiem (Dawon Kahng), Atalla opracował koncepcję formowania struktur metalowo-tlenkowych do produkcji FET - tak narodził się nowy typ tranzystora, półprzewodnikowy metal-tlenek-półprzewodnik (MOSFET) , prezentowany w dwóch wersjach: pMOS (MOS typu p) i nMOS (MOS typu n).
Początkowo technologia nie była zainteresowana dwoma poważnymi graczami na rynku - laboratorium Bell i TI (kontynuowali hakowanie nieudanego JFET, nawet wypuszczając wersję planarną na złączu pn w 1962), ale reszta: RCA, General Microelectronics , IBM i Fairchild, natychmiast kontynuowały badania.
Również w 1962 r. RCA wyprodukowała pierwszy prototyp 16-tranzystorowego układu MOS (Steve R. Hofstein i Fred P. Heiman), a rok później inżynierowie Fairchild Chih-Tang Sah i General Microelectronics Frank Wanles (Frank Marion Wanlass wreszcie opracował doskonałą technologię - komplementarny półprzewodnik z tlenkiem metalu, CMOS (komplementarny półprzewodnik z tlenkiem metalu, CMOS), który słusznie zajął swoje miejsce na liście największych wynalazków w historii.
W 1964 roku pojawiły się pierwsze masowo produkowane tranzystory MOS przez RCA i Fairchild, aw tym samym roku General Microelectronics wypuściło pierwszy masowo produkowany układ MOS, a układy CMOS pojawiły się w 1968 roku przez Fairchild.
Pierwszym komercyjnym zastosowaniem chipów MOS było zamówienie NASA na układy scalone do programu Interplanetary Monitoring Platform, zrealizowane przez GM. CMOS był pierwszym typem logiki, który otrzymał wyłącznie zintegrowaną implementację, miał wiele zalet w stosunku do TTL: najwyższą skalowalność i fenomenalną gęstość upakowania (co pozwoliło na bezproblemowe opracowanie dużych i ultra-dużych układów integracyjnych), niski koszt, niskie zużycie energii i ogromny potencjał różnych ulepszeń.
Dodatkową zaletą było to, że CMOS wymagał kilku kroków w fotolitografii, co nie tylko obniżyło koszty, ale także uprościło sprzęt i znacznie zmniejszyło ryzyko błędów produkcyjnych.
Jedynym problemem z wczesnymi układami CMOS była szybkość działania - niska w porównaniu do frywolności na TTL, a tym bardziej ECL.
W rezultacie w latach 1970. CMOS był aktywnie wykorzystywany tam, gdzie nie były wymagane ekstremalne prędkości - w układach pamięci RAM i różnych mikrokontrolerach.
W 1968 wydano słynną serię logiczną RCA 4000, która stała się taka sama dla CMOS jak SN54/74 dla TTL. W tym samym czasie RCA stworzyło pierwszy 288-bitowy układ SRAM. W tym samym roku inżynierowie Fairchild Noyce (Robert Norton Noyce), Moore (Gordon Earle Moore) i Grove (Andrew Stephen Grove) założyli firmę Intel, a menedżer Walter Jeremiah Sanders III założył AMD.
Początkowo inwestorzy patrzyli krzywo na Sandersa, ponieważ był on przede wszystkim menedżerem, a nie wynalazcą, jak Noyce i Moore, jednak ta para również przyczyniła się do powstania AMD, inwestując swoje pieniądze w firmę.
Chodziło o to, żeby zacząć zarabiać na zamówieniach wojskowych – w przetargach musiały brać udział co najmniej dwie firmy, więc Intel nie widział nic złego w rozwoju konkurenta. Plan generalnie się powiódł, AMD zasłynęło wieloma oryginalnymi rozwiązaniami.
W rosyjskich źródłach często, nie rozumiejąc tematu, nazywa się zwykłymi naśladowcami, ale sklonowali tylko 8080 i x86 (wydając jednocześnie kilka własnych architektur), a wszystko inne opracowali samodzielnie i całkiem nieźle, w latach 1990-2000. już Intel musiał dogonić AMD.
We wczesnych latach 1970. CMOS nie był najpopularniejszą technologią, zastosowano pMOS, który miał wtedy znacznie większą wydajność, chipy pMOS były prawie wszystkimi kultowymi amerykańskimi mikroukładami tamtych lat.
W 1969 r. Intel wypuścił swoją pierwszą i ostatnią linię TTLS (Intel 3101 64-bit SRAM; 3301 ROM; rejestr 3105; seria układów 300x BSP), ale przejął ją pMOS.
Intel 1101 (256-bit SRAM), słynne procesory Intel 4004 i Intel 8008, National Semiconductor IMP-16, PACE i SC/MP, mikrokontroler TI TMS1000, Rockwell International PPS-4 i PPS-8 to układy pMOS.
W 1972 r. technologia nMOS również dogoniła swoją pokrewną, Intel 2102 (1 kbit SRAM). Ponieważ ruchliwość elektronów w kanale typu n jest około trzy razy większa niż ruchliwość dziur w kanale typu p, logika nMOS może zwiększyć szybkość przełączania.
Z tego powodu nMOS szybko zaczął wypierać pMOS, a po 10 latach prawie wszystkie zachodnie mikroprocesory były już chipami nMOS. pMOS był tańszy i zapewniał lepszy poziom integracji, podczas gdy nMOS był szybszy.
A potem nagle na rynek wdarli się Japończycy.
Japoński renesans powoli nabierał tempa od końca okupacji, a pod koniec lat 1960. byli gotowi do konkurowania o rynek. Postanowiono zacząć od taniej i prostej elektroniki, zegarków, kalkulatorów itp., a dla nich CMOS był idealną opcją, możliwie tanią i przy minimalnym poborze mocy, i nie obchodziło ich to taktowanie .
W 1969 roku firma Toshiba opracowała C2MOS (Clocked CMOS), technologię o niższej mocy i większej szybkości, i zastosowała ją w chipach kieszonkowych kalkulatorów Sharp Elsi Mini LED z 1972 roku.
W tym samym roku Suwa Seikosha (obecnie Seiko Epson) zaczęła opracowywać układ CMOS do swojego zegarka kwarcowego Seiko 38SQW z 1971 roku. Pomysł został przyjęty nawet przez konserwatywnych Szwajcarów, w 1970 roku, pod wpływem Japończyków, firma Hamilton Watch Company po raz pierwszy sprofanowała tradycje szwajcarskiego rzemiosła mechanicznego, wypuszczając elektroniczny zegarek Hamilton Pulsar Wrist Computer.
Ogólnie rzecz biorąc, ze względu na bardzo niskie zużycie energii w porównaniu z TTL i wysoką integrację, CMOS był aktywnie promowany na rynku urządzeń przenośnych w latach 1970. XX wieku.
Na Zachodzie w tym czasie wszyscy wygłupiali się z technologią MOS, dopiero w 1975 roku pojawiły się pierwsze procesory CMOS Intersil 6100 i RCA CDP 1801 (najsłynniejszym zastosowaniem była misja do Jowisza, Galileo, 1989, wybrana ze względu na niskie pobór energii).
CMOS był pierwotnie 10 razy wolniejszy, na przykład Intel 5101 (1 kb SRAM, 1974, CMOS) miał czas dostępu 800 ns, a Intel 2147 (4 kb SRAM, 1976, technologia nMOS z wyczerpaniem) już 55-70 ns . Dopiero w 1978 roku.
Toshiaki Masuhara z Hitachi stworzył technologię Hi-CMOS z dwoma studzienkami, na której układ pamięci (HM6147, podobny do Intela 2147) był równie szybki, ale zużywał 8 razy mniej energii.
Technologia przetwarzania z końca lat 1970. mieściła się w zakresie 3 µm, w 1983 r. Intel wprowadził 1,5 µm (Intel 80386), a w latach 1985-1988 irańsko-amerykański inżynier Bijan Davari z IBM opracował prototyp układu 250 nm, ale urządzenia produkowane masowo były wciąż znacznie grubszy, chociaż już 1 mikron wystarczył do osiągnięcia prędkości, ostatecznie przewyższając wszystkie inne typy architektur IC.
Od połowy lat 1980. udział CMOS zaczął rosnąć wykładniczo, a do 2000 r. 99,9% wszystkich mikroukładów produkowanych na świecie zostało stworzonych przy użyciu tej lub innej wersji technologii CMOS.
Fujitsu opanowało 700 nm w 1987 roku, a następnie Hitachi, Mitsubishi Electric, NEC i Toshiba w 1989 roku wypuściło 500 nm.
Japończycy nadal dominowali w rozwoju procesów we wczesnych latach 1990., przy czym Sony stworzyło 1993 nm w 350, a Hitachi i NEC ostatecznie wyprodukowały 250 nm.
Amerykanie pozostawali pod tym względem w tyle, na przykład wersje Intel 80486 (produkowane od 1989 do 2007) miały proces produkcyjny 1, 000 i 800 nm, Pentium 600-800 nm. Hitachi wprowadził proces 250 nm w 160 roku, w 1995 Mitsubishi odpowiedziało 1996 nm, a następnie Koreańczycy rzucili się do walki, aw 150 Samsung Electronics wdrożył 1999 nm.
Dopiero w 2000 roku zostały ostatecznie prześcignięte przez amerykańskie firmy, kiedy Gurtej Singh Sandhu i Trung T. Doan z Micron Technology wynaleźli proces 90 nm. Pentium IV był produkowany w technologii 180–65 nm, Azjaci się nie poddali, w 2002 roku Toshiba i Sony opracowały 65 nm, a następnie tajwańska TSMC dołączyła do wielkich lig z 45 nm w 2004 roku.
Rozwój firmy Sandhu i Doan pozwolił Micron Technology osiągnąć 30 nm, a era poniżej 20 nm rozpoczęła się od FinFET o wysokiej κ/metalowej bramce.
ZSRR niestety nie mógł już pochwalić się żadnymi przełomami w logice CMOS i ograniczył się do kopiowania układów MOS z lat 1970-tych.
Zauważ, że termin CMOS nie opisuje faktycznej logiki układu, ale jego proces techniczny (i tym różni się od wszystkich innych wymienionych tutaj). Jednocześnie w ramach CMOS możliwe są różne rozwiązania, na przykład logika tranzystora Pass (PTL), na której zamontowano słynny procesor Zilog Z80 (1976) i wiele innych układów.
Były też bardziej egzotyczne opcje, takie jak logika przełączania napięcia Cascode (CVSL), a układy analogowe często wykorzystują Bipolar CMOS (BiCMOS). W 1976 roku firma Texas Instruments wypuściła mikroprocesor SBP0400, oparty ogólnie na integralnej logice wtrysku (zintegrowana logika wtrysku, I2L) - najbardziej wypaczonej wersji RTL.
W I2L stosuje się specjalne „tranzystory” z połączoną podstawą i wspólnym emiterem, które w normalnym stanie nie są w stanie przewodzić prądu i są połączone z elektrodami wtryskiwaczy, w rzeczywistości z tych wtryskiwaczy składa się logika.
Dzięki temu I2L ma doskonały poziom integracji, przewyższający poziom MOS z lat 1970., ale wszystko psuje jego powolność, taki obwód nie będzie w stanie przyspieszyć do więcej niż 50 MHz.
W rezultacie procesory I2L pozostały ciekawostką połowy lat 1970., ale w ZSRR udało się je na wszelki wypadek zerwać, podobnie jak zestawy mikroprocesorowe serii K582 i K584.
Pod koniec lat 1970. modne stały się oparte na mikroprocesorach implementacje popularnych architektur mainframe. TI stworzyło TMS9900, DEC stworzył LSI-11, a Data General stworzyła mN601 MicroNova.
Pojawiło się interesujące pytanie - co się stanie, jeśli firma zewnętrzna opracuje własny procesor, który jest w pełni zgodny z zestawem instrukcji?
Wczesne wojny patentowe między Intelem a AMD doprowadziły Sąd Najwyższy do orzeczenia, że sam zestaw instrukcji nie może zostać opatentowany, ponieważ jest z definicji publiczny, chroniona jest tylko jego konkretna implementacja.
Bazując na tym, Fairchild (nie odważając się urazić naprawdę silnych graczy, takich jak IBM czy DEC) wziął i wydał klon Data General - procesor F9440 MICROFLAME wykorzystujący zastrzeżoną technologię I3L (Isoplanar Integrated Injection Logic, ulepszona wersja I2L), bezczelnie go reklamując jako pełnoprawny zamiennik dla DG mainframe Nova 2.
Stwierdzenie, że Data General był wściekły, jest nadal zbyt miękkie, ale legalnie nie mogli nic zrobić. Aby zachować kontrolę nad swoimi klientami, DG sprytnie dodała klauzulę do umowy licencyjnej, że program może działać tylko na sprzęcie Data General, nawet jeśli mógłby działać na Fairchild F9440 (lub dowolnym innym procesorze), i to już byłoby naruszenie praw autorskich.
W 1978 roku Fairchild twierdził, że taka licencja była antykonkurencyjna i domagała się odszkodowania w wysokości 10 milionów dolarów. Aby było jeszcze fajniej, wypuścili F9445, MICROFLAME II kompatybilny z Nova 3 i reklamowali, że jest 10 razy szybszy.
Jednak tutaj Fairchild posadził sobie świnię, ponieważ opracowanie tak złożonej topologii opóźniło całą inną produkcję i postawiło firmę na skraju bankructwa, zwłaszcza że procesor również został wydany późno. Ponadto DG twierdziła, że architektura Nova 3 nie może być odtworzona bez szpiegostwa przemysłowego i wytoczyła kolejny pozew.
W 1979 roku Fairchild został przejęty przez firmę naftową Schlumberger Limited (w odpowiedzi Exxon kupił Ziloga w 1980 roku). Produkcja F9445 rozpoczęła się ostatecznie w pierwszej połowie 1981 roku. Ogólnie jego architektura jest podobna do poprzedniej, a instrukcje Nova 3 są emulowane przez mikrokod. Włączenie mikrokodu umożliwiło wykorzystanie chipa do czegoś więcej niż tylko dokuczania Data General.
W 1980 roku amerykańskie siły powietrzne opublikowały słynną normę MIL-STD-1750A dotyczącą architektury 16-bitowego zestawu instrukcji dla wszystkiego, co lata, od myśliwców po satelity. Definiuje tylko system dowodzenia, ale nie jego fizyczną postać, w wyniku czego wiele firm jest podłączonych do produkcji różnych procesorów wojskowych i kosmicznych, które odpowiadają temu ISA.
Tak pojawiły się procesory Signetics, Honeywell, Performance Semiconductor, Bendix, Fairchild, McDonnell Douglas i innych egzotycznych producentów.
Firma Fairchild opracowała oprogramowanie układowe dla F9445 wdrażając MIL-STD-1750A do 1985 r. i tak narodził się F9450. Nawet poprzednia wersja wyszła bardzo gorąco, ale w nowej konieczne było zastosowanie niezrównanej obudowy wykonanej z tlenku berylu BeO, który ma wyższą przewodność cieplną niż jakikolwiek niemetal (wyłączając diament), a nawet wyższą niż wiele metali. Procesor okazał się bardzo oryginalny i służył do celów wojskowych do połowy lat 1990-tych.
Walka prawna między Data General i Fairchild trwała do 1986 roku, kiedy wyczerpana firma zdecydowała się nie kontynuować i nawet wypłaciła Fairchildowi 52,5 miliona dolarów odszkodowania. Jak na ironię, w tym momencie oryginalne Nova 2 i Nova 3 nie były już w produkcji.
Procesy sądowe zrujnowały obie firmy, w 1987 Schlumberger odsprzedał Fairchild firmie National Semiconductor, która obejmowała całą linię F94xx.
Tak zakończyła się ostatnia próba zastosowania w mikroprocesorach czegoś znacząco różniącego się od CMOS.
Brytyjska firma Ferranti udzieliła licencji Fairchildowi w 1971 r. niezwykle oryginalny proces izolacji kolektora-dyfuzji (CDI), który opracowali dla chipów TTL, ale porzucili go przechodząc na I3L i MOS. Na początku lat 1970. brytyjskie Ministerstwo Obrony wydało im rozkaz opracowania wojskowego mikroprocesora opartego na tej technologii.
W 1976 roku F100-L był gotowy - doskonały 8-bitowy procesor 16 MHz dla około 1 bramek, oryginalny zestaw instrukcji. Stał się pierwszym mikroprocesorem wyprodukowanym w Europie i kontestuje zaszczyt bycia pierwszym na świecie 500-bitowym mikroprocesorem z Texas Instruments TMS16, wydanym w tym samym roku. Jednak TI użyło procesu nMOS, w wyniku czego jego chip mógł zostać wepchnięty tylko do nieporęcznej niestandardowej obudowy DIP9900, podczas gdy Ferranti bez problemu zmieścił się w standardowej 64-nożnej obudowie.
Architektura okazała się bardzo udana, choć niestety stała się nie tylko pierwszym oryginalnym europejskim układem, ale także ostatnim (z wyjątkiem modyfikacji F200-L z 1984 roku).
Koniec Ferrantiego był anegdotyczny i smutny.
W połowie lat 1980. znakomicie zarabiali na zamówieniach wojskowych w Europie i postanowili wejść na rynek północnoamerykański.
W tym celu przejęli firmę International Signal and Control, która od lat 1970. XX wieku produkuje sprzęt wojskowy dla rządu USA, w szczególności pociski AGM-45 Shrike i RIM-7 Sea Sparrow.
Czytelnicy mogą już mieć pytanie – jak to się stało, że Yankees sprzedali Brytyjczykom cały swój wojskowy kontrahent?
Sprzedaliby Raytheona ZSRR!
Dopiero teraz prezent okazał się zgniły w środku.
W rzeczywistości, pomimo doskonałego raportowania, ISC praktycznie niczego nie wyprodukowało ani nie opracowało, a na rozkaz NSA i CIA wszystkie lata 1970. zostały sprzedane Republice Południowej Afryki (która oficjalnie podlega najsurowszym sankcjom ONZ za zły stosunek do Murzynów ) najnowszy amerykański broń, wojna elektroniczna, komunikacja i inne.
W zamian za to Republika Południowej Afryki pozwoliła carausznikom potajemnie zbudować stację nasłuchową na Przylądku Dobrej Nadziei, aby śledzić sowieckie okręty podwodne. Okazało się jednak, że RPA postanowiła podzielić się amerykańskimi zabawkami z Saddamem, a CIA nie bardzo się to podobało.
Jak mogłeś tak pięknie zakończyć cały biznes i nie sparzyć się, aby nie odpowiadać na nieprzyjemne pytania w ONZ?
Szybko znaleźli wyjście - w 1988 r. zrzucili ISC Brytyjczykom.
Na początku byli bardzo szczęśliwi, a potem kopali głębiej i dyszeli.
Okazało się, że ISC nie ma żadnej legalnej działalności, a właściwie produkcja w ogóle, ma tylko dokumenty o „wyprodukowanych” niesamowitych technologiach potrzebnych do prania pieniędzy z broni.
Rezultatem był niesamowity skandal, którego dotkliwość spadła głównie na nowego właściciela.
Założyciel ISC James Guerin i 18 jego współpracowników, którzy byli wciągnięci do więzienia federalnego przez wiele, wiele lat, krzyczeli po drodze, że nie są winni i wszystko jest w zgodzie z NSA i CIA, ale kto by uwierzył oszustom ?
W 1994 roku Bobby Ray Inman, sekretarz obrony Clintona i członek rady dyrektorów ISC, po cichu zrezygnował, a sprawa została w końcu wyciszona.
Inman był generalnie bardzo ciekawą osobą – za Reagana był najpierw dyrektorem NSA, potem zastępcą dyrektora CIA, a równolegle – CEO Microelectronics and Computer Technology Corporation, jednym z oficjalnych powierników Caltech i członkiem zarządu dyrektorów Dell, AT&T, Massey Energy i tego samego ISC.
W efekcie Amerykanie, którzy grali trochę w szpiegów, otrzymali w czasie wojny w Zatoce Perskiej na głowę własną bombę kasetową Mk 20 Rockeye II, którą według rysunków przeniesionych do RPA montowali dla Irakijczyków. chilijskie Cardoen Industries i Ferranti, zhańbione i zrujnowane, zostały w 1993 roku przejęte przez Siemens-Plessley.
Radziecki CMOS jest w 90% powiązany z mikroprocesorami - klonami Intela i nie dotyczy Elbrusa, więc go pominiemy.
W kolejnej serii czekamy na logikę sprzężoną z gorącym emiterem, podstawowe kryształy matrycowe i rozwój Elbrus-2.
informacja