Интегральная схема, чип —
“микроэлектронное изделие, имеющее высокую
плотность упаковки электрически соединенных элементов и
рассматриваемое как единое конструктивное
целое” [1].“Интегральные схемы делятся на категории по числу элементов...
Очевидно, что чем больше элементов размещено в данной области, тем меньше они должны быть. При самых плотных уровнях интеграции элементы схемы могут иметь размеры, сравнимые с размерами атомов” [2].
Транзисторные компьютеры, которые были в сотни раз меньше ламповых машин такой же производительности, появились во второй половине 1950-х годов.
Единственная часть компьютера, в которой транзисторы не смогли заменить электронные лампы, — это блоки памяти, где вместо ламп стали употреблять изобретенные к тому времени схемы памяти на магнитных сердечниках.
Каждый транзистор тогда изготавливался отдельно, а при сборке схем их соединяли и припаивали вручную.
В 1958 году американский инженер Джек Килби придумал, как на одной пластине полупроводника получить несколько транзисторов [3—6].
После окончания Иллинойсского университета Килби 10 лет работал с транзисторами в фирме, выпускавшей детали для радиоприемников и телевизоров. В мае 1958 года ему удалось получить место в компании Texas Instruments, выполнявшей в то время военный заказ, связанный с “миниатюризацией” электронных схем. Разработанный тогда метод микромодулей заключался в том, что электронные элементы “печатались” на тончайших керамических пластинках, которые затем спаивались в виде стопки для получения нужной схемы.
Килби решил, что данный способ является слишком замысловатым, и стал искать ему замену. Летом, когда сотрудники компании отправились в отпуск, Килби как новичок, еще не заслуживший на это права, остался в лаборатории. Он продолжал свой поиск и вскоре пришел к выводу: можно не только делать сопротивления и конденсаторы из Джек Килби того же полупроводникового материала, что и транзисторы, но и изготавливать все компоненты одновременно, на одной полупроводниковой пластине [3]. Через некоторое время Килби сделал первый грубый опытный образец.
Для самой первой интегральной схемы (ИС) была использована тонкая германиевая пластинка длиной 1 см. [Позже интегральные схемы стали называть еще чипами (chip — щепка).] Приспособление не отличалось изяществом. Маленькие проволочки, соединяющие компоненты друг с другом и источником питания, просто припаивались. Вся конструкция скреплялась воском. Но схема работала. Фирма объявила о рождении нового устройства в январе 1959 года. А чтобы продемонстрировать потенциальные возможности новой технологии, она построила специализированный компьютер, состоявший из нескольких сотен интегральных схем, объем которого был в 150 раз меньше, чем у подобной машины старого образца.
Однако предложенное Килби устройство имело существенные недостатки.
Спустя некоторое время Роберт Нойс, будущий основатель фирмы Intel (от integrated electronics — интегральная электроника), нашел более совершенный метод, позволивший помещать на одной пластине и все элементы, и все необходимые соединения между ними.
Интегральные схемы дали возможность значительно сократить размеры изделий, избавили от необходимости трудоемкой пайки соединений между элементами, а уменьшение количества соединений способствовало повышению надежности приборов. Весьма важно и то, что повысилась скорость их работы, так как электрические импульсы преодолевали теперь значительно меньшие расстояния.
Все это коснулось, конечно, и компьютерной техники: интегральные схемы позволили строить менее громоздкие и более мощные компьютеры. В данную область интегральные микросхемы проникли уже в середине 1960-х годов, заменив сначала логические схемы, состоящие из отдельных транзисторов, а затем и память на ферритовых сердечниках.
В 1970 году фирма Intel начала продавать интегральные схемы памяти, и примерно в то же время был сделан еще один очень важный шаг — Маршиан Эдвард Хофф, пришедший в фирму вскоре после ее образования, построил интегральную схему, аналогичную по своим функциям центральному процессору большой ЭВМ — “интегральное микропрограммируемое вычислительное устройство” [7]. Так появился первый микропроцессор (термин микропроцессор стал употребляться с 1972 года), получивший позже название Intel-4004...
[В 2000 году Джеку Килби (а также Герберту Кремеру и российскому исследователю Жоресу Ивановичу Алферову) была присуждена Нобелевская премия по физике.]