Возможно, вы слышали, что компьютер внутри вашего телефона мощнее компьютера, которым был оснащён космический корабль «Аполлон», впервые полетевший на Луну. Однако сказать такое – значит ничего не сказать. Компьютер в вашем телефоне много, много мощнее – раз так в сто тысяч. И всё благодаря удивительному скромному транзистору.
Транзистор по праву можно считать самым значительным изобретением ушедшего века. Транзистор – основа, на которой выстроена вся электроника, в том числе и iPhone: в современных его моделях заключены миллиарды транзисторов. В 1947 году, когда транзистор только изобрели, его едва ли можно было назвать микроскопическим: он состоял из небольшой пластины германия, пластмассовой треугольной призмы и золотых контактов величиной около трёх сантиметров. В сегодняшние тонкие iPhone взлезла бы лишь небольшая горстка таких.
Принцип, вдохнувший жизнь в транзистор, был сформулирован Юлием Лилиенфельдом в 1925 году, однако десятки лет оставался незамеченным. Его предстояло заново открыть и доработать учёным из Лабораторий Белла. В 1947 году Джон Бардин и Уолтер Браттейн под началом своего руководителя Уильяма Шокли собрали первый рабочий транзистор, навсегда соединивший механический и цифровой миры.
Так как компьютеры запрограммированы понимать двоичный код – строки из да-или-нет, включен-или-выключен, 1-или‐0, – людям нужен способ обозначить компьютеру каждое значение. Транзисторы могут переводить наши команды на язык, понятный машинам: сильный сигнал может значить «да», «вкл.» или 1, а слабый сигнал – «нет», «выкл.», 0.
Учёные нашли способы ужать эти транзисторы до таких малых размеров, что их стало возможно вытравить непосредственно в полупроводнике. Размещение множества транзисторов на единой пластине полупроводникового материала привело к созданию интегральной схемы, или микрочипа. Полупроводники – такие как германий и ещё один элемент, о котором вы наверняка слышали, кремний, – обладают уникальными свойствами, которые позволяют нам контролировать поток электричества, проходящий через них.
Кремний стоит дёшево, а залежи его обширны (его ещё называют песком). В итоге кремниевые микрочипы подарили название целой долине.
Если говорить совсем просто, то чем больше транзисторов – тем более сложные команды может выполнять машина. Любопытно, что больше транзисторов не значит, что они потребляют больше энергии. На самом деле из-за их малого размера получается, что чем больше транзисторов, тем меньше энергии им требуется. Итак, подытожим: как и предрекал закон Мура, компьютерные чипы стали меньше, мощнее и потребляют меньше энергии.
Программисты сообразили, что можно использовать эту дополнительную мощность и создавать более сложные программы; вот тогда и начался хорошо известный вам процесс, который вы, вероятно, люто ненавидите: каждый год появляются новые, более затейливые устройства, обладающие новыми возможностями и быстрее справляющиеся со старыми задачами – они позволяют играть в игры с лучшей графикой, сохранять большее количество фото с высоким разрешением, комфортнее путешествовать по интернету и так далее.
Давайте взглянем на короткий временной отрезок, который поможет увидеть картину в целом.
Первым коммерческим продуктом, оснащённым транзистором, был слуховой аппарат, выпущенный компанией Raytheon в 1952 году. Количество транзисторов: 1.
В 1954 году компания Texas Instruments выпустила первый транзисторный радиоприёмник Regency TR‐1. С него и начался повальный бум, который стал питать транзисторную промышленность, к тому же приёмник сделался на тот момент самым продаваемым за всю историю устройством. Количество транзисторов: 4. Потихоньку-полегоньку, а ведь тогда ещё не было микрочипов.
Но перемотаем чуть дальше.
Космический корабль «Аполлон», который высадил людей на Луну в 1969 году, был оснащён бортовым компьютером: знаменитым управляющим компьютером «Аполлона». Его транзисторы представляли собой сплетение проводов и магнитных переключателей, обхватить которые можно было только всей ладонью. Общее количество транзисторов: 12 300.
В 1971 году скромная, недавно возникшая компания под названием Intel выпустила свой первый микрочип, 4004. Транзисторы располагались на поверхности площадью двенадцать квадратных миллиметров. Расстояние между каждым транзистором составляло десять тысяч нанометров. Как учтиво объяснил журнал The Economist, транзистор был «размером с один эритроцит, любой ребёнок, вооружившись хорошим микроскопом, мог бы подсчитать количество отдельных транзисторов в 4004». Количество транзисторов: 2300.