История создания мобильных устройств

В апреле 1970 года к группе по выполнению заказа Busicom присоединился новый сотрудник - Федерико Фэджин (Federico Faggin). Не смотря на молодость - ему было 28 лет - Фэджин успел поработать над созданием мини-ЭВМ Olivetti, и, естественно, послужить в Fairchild Semiconductor. Вскоре Фэджин фактически возглавил проект, над которым кроме него работало два электротехника и три чертежника. Дело в том, что руководство Intel смотрело на заказ Busicom, как на интересный с экономической, но не важный со стратегической точки зрения, и направляло основные силы разработчиков на микросхемы памяти. В итоге вся тяжесть работы легла на Фэджина. Первоначально его группа также взялась за разработку чипа 4001 - микросхемы ROM. Обстановка была весьма нервозной, поскольку никто до них не делал изделий такой сложности. Все приходилось проектировать вручную с нуля. Помимо проектирования чипа параллельно нужно было изготавливать тестовое оборудование и разрабатывать программы тестирования. Порой Фэджин пропадал в лаборатории по 70-80 часов в неделю.

В октябре 1970 года работы по изготовлению чипа 4001 были закончены. Микросхема работала безупречно. Это повысило уровень доверия к Intel со стороны Busicom. В ноябре был готов и чип 4003 - микросхема интерфейса с периферией, самая простая из всего набора. Еще чуть позже был готов 320-битный модуль динамической памяти 4002. И вот, наконец, в конце декабря 1970 года с завода для тестирования были получены первые образцы. Фэджин сел перед осциллографом, включил кнопку напряжения и… линия на экране даже не дернулась. Исследование пластины под микроскопом выявило нарушения в технологическом процессе, приведшие к тому, что некоторых межслойных перемычек на схемах не было. Следующая партия образцов поступила в январе 1971 года. На этот раз все работало. В течение усиленного тестирования обнаружились незначительные ошибки, которые удалось быстро исправить.

В марте 1971 года Intel отправила в Японию комплект для калькулятора, который состоял из одного микропроцессора (4004), двух 320-битных модулей динамической памяти (4002), трех микросхем интерфейса (4003) и четырех микросхем ROM. В апреле из компании Busicom поступило сообщение, что калькулятор работает идеально. Можно было запускать производство. Однако Федерико Фэджин убедил руководство Intel, что глупо ограничиваться только калькуляторами. Микропроцессор можно было использовать во многих областях современного производства - набор микросхем 400x представляет самостоятельную ценность. Но первый в мире микропроцессор не принадлежал Intel, все права были у Busicom. В результате долгих переговоров компания Busicom продала права на микропроцессор 4004 и сопутствующие микросхемы за шестьдесят тысяч долларов.

Руководство компании Intel смотрело на микропроцессоры как на побочный продукт, который лишь способствует продажам главного товара - модулей оперативной памяти, но оно решило рискнуть. Компания Intel выбросила на рынок свою разработку в ноябре 1971 года под названием MCS-4 (Micro Computer Set).

Intel развернула специальную пропагандистскую кампанию, адресованную инженерам и разработчикам. В своих рекламных объявлениях Intel доказывала, что микропроцессоры, конечно, не являются чем-то очень серьезным, но зато их можно использовать в разных специфических областях, типа автоматизации производства. Помимо калькуляторов набор MCS-4 нашел себе применение в качестве контроллеров для самых разных устройств.

Фэджин был не согласен с политикой руководства Intel, которое не считало его разработку основным продуктом. Отец микропроцессора совершил несколько туров по США и Европе, пропагандируя, убеждая, просто рассказывая о новом продукте. В октябре 1974 года, завершив разработку нового микропроцессора 8008, Федерико Фэджин покинул Intel и основал свою собственную компанию Zilog, Inc. В мае 1976 года на рынке появился микропроцессор Z80 компании Zilog. Процессор Z80 был очень успешным проектом и серьезно потеснил на рынке процессоры Intel 8008 и 8080. В середине 70-х - начале 80-х годов компания Zilog была для Intel серьезным конкурентом, способным выпускать качественные и дешевые процессоры той же архитектуры.

После того, как компьютерный гигант IBM решил делать свои персональные компьютеры на базе процессора 8088, позиции Intel резко усилились. Сегодня это лидер по производству процессоров. Fairchild Semiconductor, преодолев трудности, во многом связанные с постоянным уходом ключевых сотрудников, имеет производственные мощности в США, Малайзии, Филиппинах, Китае и Южной Корее и занимает прочные позиции на рынке компонентов для силовой электроники. Годовой оборот колеблется около 1 млрд. долларов.

Федерико Фэджин находился у руля Zilog Inc. до 1981 года, вплоть поглощения ее Exxon Enterprises. На сегодня продано более 1 миллиарда процессоров Z80.

История жидкокристаллических дисплеев

Открытие жидких кристаллов, как и много других открытий произошло почти случайно, благодаря необычному подходу в определении кристалла выдающимся физиком-экспериментатором Отто Леманом (1855–1922).

Леман выдвинул следующее утверждение: определяющим свойством кристаллов является не наличие пространственной решетки (дальнего порядка), а анизотропия оптических свойств и способность к росту в перенасыщенных растворах (кристаллизация). Далее последовал вывод, основанный на многолетних исследованиях: есть твердые кристаллы; есть кристаллы, которые проявляют аморфные свойства – это кристаллы йодистого серебра; а значит должны быть кристаллы, которые являются жидкими. Жидкостей, обладающих оптической анизотропией Леман не знал.

Но 14 марта 1888 г. письмо, полученное от доцента Немецкой высшей технической школы в Праге Фридриха Рихарда Рейнитцера (1857–1927), помогло заполнить пробел в его классификации. Рейнитцер проводил научные исследования, где пытался установить химическую формулу холестерина. Для этого он получал различные производные холестерина, в частности холестеринацетат и холестеринбензоат, и при попытке определить их температуру плавления столкнулся с интересными явлениями. Во-первых, при плавлении эти бесцветные в твердом состоянии соединения становились оптически анизотропными и приобретали окраску, которая менялась с повышением температуры, но при дальнейшем нагревании исчезала. Во-вторых, плавление происходило как бы в две стадии – вначале образовывался оптически анизотропный расплав, а при более высокой температуре – бесцветный оптически изотропный расплав. В попытке объяснить это явление, он обратился к Леману, крупнейшему специалисту в этой области. В сопроводительном письме Рейнитцер писал: «…я осмеливаюсь переслать Вам два вещества с просьбой по возможности более тщательно исследовать их физическую изомерию. Оба вещества (холестерилацетат и холестерилбензоат) обнаруживают такие выдающиеся и красивые явления, что я надеюсь, это в какой-то мере заинтересует Вас. … Холестерилбензоат имеет, если можно так выразиться, две точки плавления. При 145,5 ºC оно вначале плавится в мутную, но совершенно подвижную жидкость. Она при 178,5 ºC внезапно становится совершенно прозрачной. При охлаждении появляется фиолетовая и синяя окраска, которая быстро исчезает, при этом подвижная масса становится молочно-белой. При дальнейшем охлаждении еще раз появляется фиолетовая и синяя окраска, и затем, вещество затвердевает в белую кристаллическую массу. При наблюдении в микроскоп обычным методом можно легко проследить следующее: при охлаждении вначале появляются звездочки, а позднее большие, состоящие из лучистых иголок агрегаты. Первые вызывают мутность. При расплавлении твердого вещества до мутной жидкости мутность вызывается не кристаллами, а жидкостью, которая в расплавленной массе образует маслянистые бороздки, выглядящие в скрещенных николях светлыми. Они, очевидно, при повышенной температуре, являются расплавленной модификацией вещества, но в кристаллическом состоянии ...»

Леман тщательно изучал присланные Рейнитцером соединения. Рейнитцер тоже продолжал свои исследования. При этом они обменивались письмами, где сообщали друг другу о результатах. Только через два года, Леман, нашедший этим явлениям место в своей теории и набравший достаточные, как ему казалось, доказательства опубликовал статью.

Открытие жидких кристаллов вызвало настороженное отношение большинства физиков и химиков. Несмотря на активную пропаганду Леманом своего открытия, большинство ведущих ученых не верили в существование жидких кристаллов. Их настораживали теоретические представления Лемана об отсутствии в кристаллах пространственной решетки. Кристаллографы не соглашались считать препараты Лемана кристаллами, несмотря на их оптическую анизотропию.

Однако наряду с учеными, не верившими в существование жидких кристаллов, были и такие, кто своими работами пытался доказать их реальность. Рудольф Шенк (1870–1965), тогда приват-доцент Марбургского университета, своими тщательно выполненными опытами показал, что все известные ему жидкие кристаллы являются совершенно чистыми соединениями и при плавлении не разлагаются. Была создана специальная комиссия для рассмотрения вопроса о реальности жидких кристаллов. Комиссия заседала долго и ни к чему не пришла. Но сам факт ее создания поставил под сомнение работы Лемана. Следствием этого стало прекращение работ по строительству новой лаборатории Лемана, и вообще приостановление финансирования его научных работ.

С мертвой точки историю жидких кристаллов сдвинули работы немецкого химика Даниеля Форлендера (1867–1941), который получил сотни новых соединений, обладавших при плавлении оптически анизотропными фазами. Сопоставляя способность соединений к образованию жидкокристаллических фаз с их химическим строением, Форлендер установил, что для того, чтобы соединение обладало при плавлении жидкокристаллической фазой, его молекулы должны быть сильно асимметричными и предельно «жесткими». После работ Форлендера, научный мир принял существование жидких кристаллов. Встал вопрос: кто же их открыл?

Форлендер предложил считать Лемана и Рейнитцера соавторами открытия. Это не устроило Лемана, который утверждал, что открыл жидкие кристаллы задолго до письма Рейнитцера. Полемика развернулась на долгие годы. Особенно этот вопрос волновал самого Лемана, который почти в каждой статье и каждой книге писал о своем приоритете.

Несмотря на столь драматическое начало, дальнейшая история развития физики жидких кристаллов протекала вяло. Интерес к ним быстро угас, ибо практического применения они не нашли. Теория, объясняющая их свойства, постепенно совершенствовалась, открывались все новые и новые вещества, проявляющие жидкокристаллические свойства. Только в 20-ых годах российским ученым Всеволодом Константиновичем Фридериксом были сделаны открытия, открывшие путь к практическому использованию жидких кристаллов.

Во-первых, было доказано, что нематики (пространственно упорядоченные жидкие кристаллы), ориентируются магнитным полем так, что их молекулы выстраиваются вдоль определенного пространственного направления. Выяснена была и причина этого эффекта — анизотропия диамагнитной восприимчивости нематиков. Этот эффект в 70-е годы получил название «переход Фредерикса». Также было установлено, что для каждой напряженности поля существует своя предельная толщина слоя, до которой нематик сохраняет первоначальную ориентацию. Это положение сейчас известно как закон Фредерикса. Он указывает, что переориентация нематика в магнитном поле имеет пороговый характер и описывается неким критическим полем (поле Фредерикса). Выражение для этого критического поля было получено Фредериксом в 1930 г. В практическом плане пороговый характер переориентации означал, что при некотором критическом значении напряженности поля все молекулы одновременно совершают свой поворот, переводя пленку жидкого кристалла из непрозрачного состояния в прозрачное. Этот эффект лег в основу конструкций устройств отображения информации. В тридцатых годах последовал ряд работ, показавших, что причиной ориентации нематика в электрическом поле является анизотропия диэлектрической проницаемости. Разобраться во взаимодействии электрического поля и жидкого кристалла было непросто, так как нематик мог переориентироваться и вследствие движения носителей заряда. Неизвестно, как далеко продвинулась бы группа Фредерикса, если бы 1936 году он не был арестован и сослан в лагеря. Часть работ этого выдающегося ученого осталось неизвестной, хотя и была опубликована в советской и немецкой литературе, и была вновь открыта лишь 30 лет спустя.

В 1963 г. американец Дж. Фергюсон предложил использовать свойство жидких кристаллов изменять цвет под воздействием температуры для обнаружения не видимых простым глазом тепловых полей. После того как ему выдали патент на изобретение, интерес к жидким кристаллам резко возрос. В 1965 г. в США собралась первая международная конференция, посвященная жидким кристаллам. В 1968 г. американские учёные создали принципиально новые индикаторы для систем отображения информации. Принцип их действия был, естественно, основан на том, что молекулы жидких кристаллов, поворачиваясь в электрическом поле, по-разному отражают и пропускают свет. Под воздействием напряжения, которое подавали на проводники, впаянные в экран, на нём возникало изображение, состоящее из микроскопических точек. В 1973 г. группа английских химиков под руководством Дж. Грея синтезировала жидкие кристаллы из доступного и недорого сырья.

Исторический анализ и выводы

Рассматривая историю развития мобильных устройств и составляющих технологий можно сделать несколько полезных выводов о принципах эволюции технологии и технологического продукта.

Принцип перспективности

Данный принцип базируется на экономической концепции жизненного цикла продукта. Первый вывод заключается в том, что любая технология проходит, так называемые, «стадии жизненного цикла продукта»:

        период зарождения (от изобретения до воплощения в жизнь)

        период бурного роста (если первый период окончился удачно)

        период насыщения и стабилизации (как правило, вследствие насыщения рынка)

        период затухания и последующего спада (вследствие замещения конкурирующими технологиями)

Рассмотрим подробнее каждый из периодов в отдельности.

Период зарождения

Период зарождения характеризуется высокой неопределенностью, и, как правило, не поддается никакому системному анализу, длиться неизвестно сколько, и заканчивается неизвестно чем. Единственное, что стоит заметить это то, что появление наиболее перспективных технологий сопровождается, в большинстве случаев, элементом случайности, кропотливой исследовательской работой, основанной на научном энтузиазме ученых и инженеров, а также некоторой интригой и спором о приоритете.

Для иллюстрации рассмотрим, пожалуй, самую известную интригу 20 века, создание СТО (специальной теории относительности). Три работы считаются основополагающими при создании СТО. Первая опубликована в 1904 году уже действительным лауреатом нобелевской премии Хендриком Антоном Лоренцом. Вторая - краткое сообщение, опубликованное в 1905 г. известным математиком Анри Пуанкаре. Третья работа опубликована в 1905 г. безвестным мелким служащим швейцарского федерального патентного бюро Альбертом Эйнштейном.

Итак, налицо явный спор приоритетов. Как же получилось, что работа новичка, а Эйнштейн был новичком по сравнению с маститыми Лоренцом и Пуанкаре, в дальнейшем была признана приоритетной? Ответ будем искать в исследованиях специалистов. В. Паули, в своей книге «Теория относительности» пишет: «Основы новой теории были доведены до известного завершения Эйнштейном. Его работа 1905 г. была направлена в печать почти одновременно с сообщением Пуанкаре и написана без осведомленности о работе Лоренца 1904 г. Исследование Эйнштейна содержит не только все существенные результаты обеих названных работ, но также, прежде всего, изложение совершенно нового и глубокого понимания всей проблемы». М. Борн также писал о своем впечатлении о работе Эйнштейна: «Хотя я был хорошо знаком с релятивистской идеей и с преобразованиями Лоренца, ход идей Эйнштейна был для меня откровением».