Джон Ланчестер · Размещение кремния в Кремниевой долине: создание микрочипа · LRB 16 марта 2023 г.

Представьте себе следующую старинную сцену: писатель сидит за кухонным столом и делает вид, что работает. Установите это сорок лет назад. Консерваторы у власти и все сломано, но наша тема – писательское дело. На столе пишущая машинка; с одной стороны радио, с другой телефон; Также в номере есть холодильник, духовка, плита, тостер, комплект ключей от машины и пылесос. Теперь перенесемся в ту же сцену сорок лет спустя. Консерваторы снова у власти, и все снова разрушено; комната (и, возможно, писатель) немного более блестящая, но вещи в комнате более или менее такие же. По крайней мере, он выполняет те же функции, если поменять ноутбук на пишущую машинку, мобильный на стационарный, Dyson на Hoover.

Однако есть одна большая вещь: В 1983 году на этой кухне было всего несколько транзисторов, и все они находились в транзисторном радиоприемнике (подсказка есть в названии). В 2023 году каждый предмет в этом списке бытовых предметов будет использовать микрочипы, каждый из которых состоит из тысяч, миллионов, миллиардов транзисторов. Духовки, холодильники, пылесосы, ключи от машин, радиоприемники, динамики: все они теперь содержат микрочипы. В обычном автомобиле их десятки. Шикарная машина вмещает тысячу. И это всего лишь стандартные предметы потребления середины 20-го века. Что касается вещей, которые мы считаем новой технологией этого столетия, то они являются одними из самых сложных и красивых артефактов, когда-либо созданных человечеством, главным образом из-за содержащихся в них чипов. Телефон писателя — iPhone 12, в котором используется чип модема, чип для управления Bluetooth, чип для определения движения и ориентации, чип для распознавания изображений, чипы для беспроводной зарядки, управления аккумулятором и аудио, а также пара чипы памяти. Все они куплены Apple у других компаний, и все они просто чудовища по сравнению с основным логическим чипом этого телефона, разработанным Apple A14, который содержит 11 800 000 000 транзисторов. Ноутбук писателя, MacBook Air, использует другую «систему на кристалле» — Apple M2. Этот единственный чип содержит 20 000 000 000 транзисторов. В ноутбуке содержится так много транзисторов, что если бы писатель вернулся в 1983 год, он мог бы дать каждому человеку на планете транзисторный радиоприемник, и у него все еще оставался бы миллиард транзисторов.

Если вам нужно руководство о том, как мы сюда попали, вы не найдете лучшего, чем всеобъемлющая и поучительная книга «Война чипов» Криса Миллера. Поскольку мы работаем, живем и думаем иначе, чем сорок лет назад, мы делаем это благодаря революциям в экономике и коммуникации, технологиями которых стали микрочипы, которые были одновременно необходимой и непосредственной причиной поворота человечества к цифровым технологиям. Этот процесс начался с вакуумной трубки,

металлическая нить накаливания, похожая на лампочку, заключенная в стекло. Электрический ток, проходящий через трубку, можно было включать и выключать, выполняя функцию, похожую на бусину счетов, перемещающуюся взад и вперед по деревянному стержню. Включенная лампа кодировалась как 1, а выключенная электронная лампа — как 0. Эти две цифры могли дать любое число, используя систему двоичного счета, и, следовательно, теоретически могли выполнять многие типы вычислений.

Вакуумные лампы могут позволить перепрограммировать системы; их можно было бы использовать неоднократно и гибко. Трубки делали возможными сложные вычисления, но они были громоздкими, склонными к поломкам и трудоемкими в ремонте. ENIAC, ведущий в мире компьютер армии США, представленный в 1946 году, использовал 18 000 электронных ламп для расчета траекторий артиллерийских орудий быстрее и точнее, чем любой человек. Это сделало его революционным, но его полезность была ограничена тем фактом, что он был размером с комнату и что всякий раз, когда одна трубка выходила из строя, что случалось в среднем каждые два дня, выходила из строя вся машина.

Человеком, который усовершенствовал вакуумную лампу, был американский физик Уильям Шокли, родившийся в Лондоне. После войны Шокли работал в Bell Labs, исследовательском отделении американской телефонной монополии AT&T. Он понял, что некоторые химические элементы могут выполнять аналогичную функцию кодирования и передачи единиц и нулей. Проводящие материалы проводят электричество; непроводящие материалы нет; полупроводники как работают, так и нет, и эта способность находиться в двух разных состояниях делает возможными двоичные вычисления. Шокли сначала разработал теорию полупроводников, а затем поручил своим коллегам Джону Бардину и Уолтеру Брэттену работать над практическим устройством для управления электрическим током в полупроводнике. 23 декабря 1947 года они продемонстрировали первый работающий транзистор. Это изобретение принесло троим Нобелевскую премию по физике в 1956 году.