Энергия и цивилизация - читать онлайн книгу. Автор: Вацлав Смил cтр.№ 103

Регулярные радиопередачи начались в 1920 году, Би-Би-Си предложила первую программу телепередач в 1936-м, а американская RCA последовала за ней в 1939 году (Huurdeman 2003). Механические калькуляторы – начиная с конструкций Чарльза Бэббиджа и Эдварда Шойца после 1820 года (Lindgren 1990; Swade 1991) и заканчивая продукцией IBM в 1911-м – наконец ушли в прошлое с появлением первых электронных компьютеров во время Второй мировой войны. Но эти машины – британский Mark, американские Harvard Mark 1 и ENIAK были уникальными, сложными и массивными (размером с комнату, чтобы уместились тысячи стеклянных вакуумных трубок) устройствами, не имевшими очевидного коммерческого потенциала.

Эта впечатляющая взаимосвязь значительно улучшенных и совершенно новых коммуникативно-информационных технологий и служб оказалась затушевана прогрессом, начавшимся после Второй мировой войны. Его основанием стал рост твердотельной электроники, который начался с изобретением транзистора, миниатюрного твердотельного полупроводника, эквивалента вакуумной трубки, способной усиливать и переключать электронные сигналы. Юлий Эдгар Лилиенфельд запатентовал свой транзистор в Канаде в 1925-м, и годом позже в США (Lilienfeld 1930); в бумагах на патент был четко очерчен способ контроля и усиления тока между двумя точками электроцепи. Однако Лилиенфельд не попытался сам создать это устройство, и практический успех пришелся на долю исследователей из Bell Lab, Уолтера Браттейна и Джона Бардина; 16 декабря 1947 года они использовали в своих опытах кристалл германия (Bardeen and Brattain 1950). Но, как признает сейчас сайт Bell System Memorial: «Совершенно очевидно, что Bell Labs не изобретала транзистор, он был переизобретен», хотя при этом вовсе не замечает значительной доли пионерских исследований и конструкторских достижений, случившихся в первом десятилетии двадцатого века (Bell System Memorial 2011). В любом случае, не грубое точечно-контактное устройство Браттейна и Бардина, а более практичный вариант биполярного транзистора, запатентованный в 1951 году Уильямом Шокли (1910–1989) оказал революционное влияние на компьютерную отрасль. В тот же год Гордон К. Тил и Эрнест Билер преуспели в создании более крупных кристаллов кремния и улучшении методов вытягивания кристаллов и внесения присадок в кремний (Shokley 1964; Smil 2006).

Рисунок 6.14. Портрет Джеймса Клерка Максвелла. Гравюра, основанная на фотографии Фергюса (Corbis). Сформулированная Максвеллом теория электромагнетизма открыла путь для освоения так и не раскрытых до конца возможностей современной беспроводной электроники. Мгновенные коммуникации и глобальное информационное пространство, весь электронный мир двадцать первого века стоит на озарениях Максвелла

Очень важный теоретический шаг был сделан в 1948 году, когда Клод Шеннон открыл способ количественной оценки энергетических затрат при коммуникации (Shannon 1948). Несмотря на впечатляющий прогресс, достигнутый за предшествующие годы (рост на три порядка в плотности информационного потока по единственному проводу, ныне толщиной в человеческий волос), теоретический лимит Шэннона показывал, что эффективность можно поднять еще на несколько порядков. Но после Второй мировой войны не случилось немедленного прорыва в области ЭВМ, и созданный компанией Remington Rand первый UNIVAC (Universal Automatic Computer, выросший из ENIAC «Eckert-Mauchly») был продан Бюро переписи населения США только в 1951 году.

Скорость работы новых вычислительных машин начала расти по экспоненте только после того, как транзистор вытеснил вакуумные трубки. Использование компьютеров в бизнесе началось в США в конце 1950-х, когда Fairchild Semiconductor, Texas Instruments (они вывели на рынок первый кремниевый транзистор в 1954 году) и IBM были самыми успешными разработчиками материальной и программной частей (Ceruzzi 2003; Lecuyer and Brock 2010). В 1958–1959 годах Джек С. Килби (1923–2005) из Texas Instruments и Роберт Нойс (1927–1990) из Fairchild Semiconductor независимо друг от друга изобрели микросхему, интегрированную в тело полупроводникового материала (Noyce 1961; Kilby 1964). Планарный транзистор Нойса открыл новую эпоху твердотельной электроники (примечание 6.8).

Вооруженные силы США стали первыми пользователями интегральных микросхем. В 1965 году, когда количество транзисторов на микрочипе увеличилось до 64 с 32 в предыдущий год, Гордон Мур предсказал, что это удвоение будет продолжаться (Moore 1965), и это правило, ныне известное как закон Мура, работает до нашего времени (рис. 6.15). Первым в мире коммерческим продуктом под контролем микропроцессоров был программируемый калькулятор, разработанный Busicom, маленькой японской компанией; набор из четырех чипов был создан только что основанной фирмой «Интел» в 1969-70 годах (Augarten 1984). Busicom продал лишь несколько больших калькуляторов на чипе MCS-4 и обанкротился в 1974 году. К счастью, «Интел» заранее выкупил права на процессор и сумел выпустить первый в мире универсальный микропроцессор Intel 4004 размером 3 на 4 мм, содержавший 2250 металл-оксидных полупроводниковых транзисторов и стоивший 200$ (ноябрь 1971 года). Он выполнял 60 тысяч операций в секунду и был функциональным эквивалентом ENIAC размером с комнату из 1945 года (Intel 2015).

Рисунок 6.15. Закон Мура в действии. Первый появившийся на рынке микрочип (Intel 4004) содержал 2250 металл-оксидных полупроводниковых транзисторов, в последних устройствах содержится более двух миллиардов компонентов, что показывает рост на шесть порядков (в миллион раз). Основано на данных из Smil (2006) и Intel (2015)