Układ scalony, czyli co nam dało lądowanie na Księżycu

Układ scalony wchodzi na scenę

12 września 1958 roku. Tego dnia inżynier Jack Kilby pracujący dla korporacji Texas Instruments zaprezentował zarządowi firmy swój wynalazek. Był nim właśnie układ scalony, który został opatentowany kilka miesięcy później (konkretnie 6 lutego 1959 roku). Wspomnieć trzeba, że przy kwestiach prawnych pojawiły się kontrowersje. Równocześnie bowiem typ układu scalonego zaprezentował przyszły współzałożyciel Intela – Robert Noyce. Choć pierwszeństwo przyznaje się Kilby’emu, to jednak Noyce wymieniany jest jako współtwórca przełomowego wynalazku.

To również współzałożona przez niego (jeszcze przed Intelem) firma Fairchild Semiconductor była pierwszą, która rozpoczęła masową produkcję układów scalonych. I to właśnie ona przyciągnęła w latach 60. uwagę Eldona Halla, członka pracowni Draper (MIT Instrumentation) Laboratory i głównego projektanta podczas prac nad Apollo Guidance Computer, czyli komputerem pokładowym – maszyną dość lekką, by móc zmieścić się w pojeździe kosmicznym, a jednocześnie odpowiednio zaawansowaną, by w czasie rzeczywistym wykonać masę skomplikowanych obliczeń potrzebnych do nawigacji podczas lotu.

Układ scalony – z krzemu czy z germanu?

Choć Kilby i Noyce wpadli na przełomowe rozwiązanie niemal w tym samym czasie, to w swoich prototypowych scalakach wykorzystali inne materiały. Do będącego kluczowym połączenia tranzystorów, rezystorów i kondensatorów w jedną całość, pierwszy z wynalazców użył germanu. Noyce posłużył się natomiast krzemem, na którym oparte były produkowane przez Fairchild tranzystory.

Zdaniem jednego ze wspólników Noyce’a, Gordona E. Moore’a, to właśnie taki układ był bardziej praktyczny, a także łatwiejszy do wyprodukowania. Między innymi dlatego, że – w odróżnieniu od modelu Kilby’ego – nie posiadał zewnętrznych przewodów. W układzie Noyce’a wszystkie komponenty były połączone za pomocą miedzi nadrukowywanej na powierzchni z tlenku.

To, co przemawiało do Halla, wiązało się z kwestią zmniejszenia kosztów, ale także wagi, jak również zwiększeniem wydajności projektowanego komputera. Układ scalony mógł bowiem przetwarzać dane o wiele szybciej. Jakkolwiek technologia nadal była czymś nowym, a wiele osób podchodziło do jej wykorzystania w programie kosmicznym sceptycznie, Hallowi i Draper Laboratory udało się przekonać decydentów do wykorzystania scalaków.

Układy scalone w misji na Księżyc

Osiągi skonstruowanego ACG wydawać się mogą – z dzisiejszej perspektywy – zaskakujące. Ważący ok. 32 kg komputer dysponował bowiem „zawrotnym” taktowaniem zegara 40 kHz, wyposażony był także w pamięć stałą 74 kB oraz kasowalną 4 kB. Zastowane w nim układy procesory były poddane ciężkim testom wytrzymałościowym, związanym m.in. z temperaturami czy wibracjami.

Ostatecznie komputer pokładowy i tak otrzymał naziemne wsparcie w postaci znajdujących się w Houston komputerów mainframe od IBM. To one przejęły zasadniczą kontrolę lotu. Jak zauważył piszący dla portalu Smithsonian National Air and Space Museum Paul Ceruzzi, było to rozwiązanie, które sprawdziło się szczególnie podczas niesławnej misji Apollo 13, gdy na skutek eksplozji moduł dowodzenia został pozbawiony energii. Podczas innych misji komputery pokładowe pracowały jednak już nie jako wsparcie dla urządzeń Houston, ale raczej w tandemie z nimi.

Przyszłość układów scalonych

Wspomnianemu Gordonowi Moore’owi przypisuje się sformułowanie prawa, zgodnie z którym w równych odcinkach czasu zwiększa się liczba tranzystorów w układzie scalonym. Rozwój technologii procesorowej i upowszechnienie ich w użytku domowym to efekt sukcesów układów scalonych w programie Apollo. Współczesne wyposażenie pecetów czy laptopów zostawia oczywiście możliwości ACG daleko w tyle. Decydując się jednak na wybór któregoś z dostępnych dziś na rynków procesorów warto jednak pomyśleć, jak wiele zawdzięcza się wybraniu przez Eldona Halla scalaków do udziału w wyprawę na Księżyc.

Źródła: NASA, We Hack The Moon, Computerworld, Smithsonian National Air and Space Museum, Gazeta Wyborcza

Maciej Gaździcki

007 zgłoś się. Oto jest, Maciej, agent do zadań specjalnych. Za dnia doktor historii literatury wyspecjalizowany w mediewalizmie i MacGyver copywritingu.