Розділ 1. Троє у лабораторії

23 грудня 1947 року

У Bell Labs, у містечку Мюррей-Гілл, штат Нью-Джерсі, стояв холодний ранок перед Різдвом. Двоє чоловіків — Джон Бардін і Волтер Браттейн — не збиралися святкувати. Вони мали показати своєму босу, Вільяму Шоклі, одну штуку.

На столі лежав шматок германію — напівпровідникового кристалу, розміром з ніготь. До нього тонесенькими золотими дротиками були прикріплені дві тоненькі точки. Між дротиками — менше міліметра. Усю конструкцію тримала разом пластикова основа і скотч.

Браттейн натиснув на мікрофон і заспівав у нього. З динаміка на іншому кінці столу — голосніше, ніж він співав — залунав його голос.

Уперше в історії людства маленький електричний сигнал підсилив сам себе, не використовуючи ні вакуумної лампи, ні магнітного сердечника, ні чогось іще, що рухається. Уперше електрон навчився командувати іншим електроном у непорушному шматку каменю.

Бардін записав у журнал: “Цей прилад… здається… важливий”.

Чому це було важливо

Щоб зрозуміти масштаб, треба уявити комп’ютери 1947-го року.

Найпотужніший з них, ENIAC у Пенсильванському університеті, важив 27 тонн. Займав залу. Споживав 150 кіловат — це як маленьке містечко. Працював на вакуумних лампах — скляних колбах розміром з лампочку, у яких електрони летіли крізь вакуум. Ламп було вісімнадцять тисяч. Кожні кілька годин якась із них згоряла. Команда техніків ходила між стелажами з візочками, шукаючи перегорілі, як електрики у 1920-х.

ENIAC виконував приблизно п’ять тисяч операцій на секунду. Твій телефон зараз робить у мільйон разів більше, а ENIAC, якщо спробувати зібрати його на сучасних технологіях, помістився б у крихту солі.

Проблема була фізична. Вакуумна лампа — це маленька пічка. Щоб електрон полетів крізь вакуум, його треба нагріти до червоного. Мільярд ламп — мільярд пічок. Ніхто ніколи не зробив би з ламп комп’ютер, подібний до сучасного. Не тому що не було ідей — а тому що він би розплавився.

Транзистор розв’язував цю проблему ідеально. Не нагрів. Не вакуум. Просто шматок напівпровідника, у якому домішками створені зони з надлишком електронів і зони з їхньою нестачею. Маленький струм через одну точку керував великим струмом через іншу. Не рухалося нічого, крім електронів.

Це було як перейти від парової машини до електромотора — той самий стрибок, тільки в інформаційному світі.

Шоклі, якого не любили

Тут починається драма.

Вільям Шоклі, начальник Бардіна і Браттейна, був людиною складною. Геній, безсумнівно. І водночас — пихатий, заздрісний, схильний приписувати собі чужі заслуги. Коли Бардін і Браттейн показали йому робочий прилад, він усміхнувся, привітав їх — а потім зачинився у готельному номері і за чотири тижні сам придумав кращий транзистор. Той, перший, точковий, був примхливим і нестабільним. Шоклі винайшов площинний транзистор — той самий, принцип якого лежить у кожному сучасному чіпі.

Але він зробив це сам, не з колегами. І цього колеги йому не пробачили.

Через десять років, коли Шоклі заснував свою компанію — Shockley Semiconductor — у каліфорнійському містечку Маунтін-В’ю, до нього прийшли працювати найкращі інженери країни. Через рік вони всі звільнилися, не витримавши його характеру. Восьмеро з них, яких Шоклі назвав “вісімка зрадників”, заснували іншу компанію — Fairchild Semiconductor.

З Fairchild вийшов Intel. Вийшла AMD. Вийшов, за великим рахунком, увесь сучасний світ.

А містечко, у якому Шоклі вирішив жити, називалося Маунтін-В’ю — і воно стало серцем того, що ми зараз знаємо як Кремнієву долину.

Тут варто зупинитися і розплутати логіку, бо вона з трьох частин. Локацію обрав сам Шоклі з особистої причини — хотів жити поряд із літньою матір’ю, яка мешкала у Каліфорнії. Талантів він туди стягнув своїм ім’ям — нобелівського лауреата і батька транзистора. А його характер зробив третій, вирішальний крок: примусив тих талантів від нього втекти. І ось ключова деталь — вони не поїхали назад до Нью-Йорка чи Бостона. Вони заснували Fairchild там само, у Маунтін-В’ю, бо вже встигли купити будинки, привезти родини, звикнути до каліфорнійського сонця. З Fairchild потім вийшли Intel і AMD. З них — десятки інших компаній. У радіусі тридцяти кілометрів від будинку Шоклі за двадцять років виросла Кремнієва долина.

Якби Шоклі був приємною людиною — “вісімка зрадників” від нього не пішла б, Fairchild не виникла б, ланцюг розколів не запустився б. Маунтін-В’ю залишився б просто “містом, де стоїть фірма доктора Шоклі”. А центр світової технології, цілком можливо, виник би десь у Массачусетсі — або взагалі в іншій країні. Локацію подарувала доля. Але вибух компаній у цій локації запустив характер однієї людини.

Від германію до кремнію, від одного до мільярдів

Перший транзистор був з германію. Германій непоганий, але не витримує високих температур. У 1954-му інженер Texas Instruments на ім’я Ґордон Тіл зробив транзистор з кремнію — і це змінило все. Кремнію в земній корі повно (це майже той самий пісок), він витримує жар, він дешевий.

Але один транзистор — це ще не комп’ютер. Потрібні мільйони. Якщо паяти їх вручну — занадто повільно. Потрібен спосіб зробити багато транзисторів одразу, на одному шматку кремнію.

І тут в історію входить двоє.

Джек Кілбі з Texas Instruments. Літо 1958-го. Майже всі інженери у відпустці, Кілбі новачок, йому не дали відпустки. Він сидить сам у лабораторії і думає: а що, якщо всі компоненти — і транзистори, і опори, і конденсатори — зробити з одного і того ж шматка матеріалу? Не з’єднувати їх дротами, а вирізьбити в одному кристалі?

У вересні 1958-го Кілбі демонструє перший інтегральний схемний прилад (integrated circuit). Кривий, ненадійний, з дротиками, приклеєними воском. Але принцип — правильний.

Роберт Нойс у Fairchild, півроку по тому, незалежно, придумує те саме — але в набагато красивішій формі, з металевими доріжками, напиленими прямо на кремній. Це і стане основою всієї майбутньої мікроелектроніки.

За цей подвійний винахід обидва отримали лаври батьків чіпа. Нобелівську премію, щоправда, дали тільки одному — Кілбі, у 2000-му. Нойс до того часу вже помер.

Де ми зараз

Сьогоднішній процесор твого телефону — це шматок кремнію розміром з поштову марку, у якому вирізьблено п’ятнадцять мільярдів транзисторів. Кожен транзистор має розмір завбільшки три-п’ять нанометрів — це приблизно в десять разів більше за розмір атома кремнію. Уперше в історії ми наблизилися до фізичної межі того, наскільки маленькою можна зробити річ, яка ще залишається сама собою.

Прогрес, який дали Бардін, Браттейн і Шоклі у 1947-му, тривав понад сімдесят п’ять років без зупинки. За цей час транзистори зменшились у десятки мільйонів разів, подешевіли у трильйони разів, і стали основою економіки, яка годує вісім мільярдів людей.

Але вже видно кінець цієї доріжки. Атомні розміри — не метафора. Ми справді впираємося у фізичний ґрунт. Електрон — квантова частинка, і на дуже малих відстанях він починає поводитися дивно. Тунелює. Прослизає крізь бар’єри, які для нього нібито непроникні. Транзистор перестає бути надійним перемикачем — він стає ймовірнісним.

Саме цей момент ми зараз і проживаємо. Шлях, який ми йшли сімдесят п’ять років, ось-ось закінчиться. Про те, що далі, буде наступний розділ — про Ґордона Мура і його закон, який не був законом.

А поки що — запам’ятай цю сцену. Двоє чоловіків у холодній лабораторії напередодні Різдва 1947-го. Один з них співає у мікрофон, а з динаміка лунає його голос — голосніший, ніж він співав.

Це той момент, з якого почалася вся наша цифрова ера. Усе, що ми побудуємо далі у цій книзі — Unix, Linux, Windows, інтернет, штучний інтелект, seL4 — усе стоїть на тому германієвому кристалику, склеєному скотчем.

Машина, яку ми будемо розбирати шар за шаром, починається тут.