Chip War: The Fight for the World's Most Critical Technology - Chris Miller

в Долине больше похожи на художников, чем на инженеров. Высокотехнологичные инструменты работали в паре с простыми пинцетами. Чипмейкеры создавали удивительно сложные узоры на каждом блоке кремния, но их методы проектирования были похожи на методы средневековых ремесленников. На каждом заводе компании имелся длинный, сложный, запатентованный набор инструкций по проектированию микросхем, если они должны производиться на данном предприятии. Конвей, получившая образование компьютерного архитектора и научившаяся мыслить в терминах стандартизированных инструкций, на основе которых строится любая компьютерная программа, нашла этот метод причудливо отсталым.

Конвей поняла, что цифровая революция, которую пророчил Мид, требует строгого соблюдения алгоритмов. После того как ее и Мида познакомил общий коллега, они начали обсуждать, как стандартизировать проектирование микросхем. Почему нельзя запрограммировать машину на проектирование микросхем, задавались они вопросом. "Как только вы сможете написать программу для того, чтобы что-то сделать, - заявил Мид, - вам не понадобится ничей набор инструментов, вы напишете свой собственный".

В итоге Конвей и Мид разработали набор математических "правил проектирования", проложив путь к компьютерным программам для автоматизации проектирования микросхем. Благодаря методу Конвея и Мида конструкторам не нужно было зарисовывать расположение каждого транзистора, а можно было пользоваться библиотекой "взаимозаменяемых деталей", что стало возможным благодаря их методике. Мид любил думать о себе как об Иоганне Гутенберге, чья механизация производства книг позволила писателям сосредоточиться на написании текстов, а печатникам - на печати. Вскоре Конвей была приглашена в Массачусетский технологический институт для преподавания курса по этой методике проектирования микросхем. Каждый из ее студентов разработал свой собственный чип, а затем отправил его на завод для изготовления. Через шесть недель студенты Конвей, никогда не переступавшие порог завода, получили по почте полностью функционирующие микросхемы. Наступил момент Гутенберга.

Никто так не был заинтересован в том, что вскоре стало известно как "революция Мида-Конвея", как Пентагон. DARPA финансировало программу, позволяющую университетским исследователям отправлять проекты микросхем для производства на передовых заводах. Несмотря на свою репутацию финансиста футуристических систем вооружений, когда речь шла о полупроводниках, DARPA уделяло большое внимание созданию образовательной инфраструктуры, чтобы Америка имела достаточное количество разработчиков микросхем. DARPA также помогало университетам приобретать современные компьютеры и организовывало семинары с участием представителей промышленности и ученых для обсуждения научных проблем за изысканным вином. По мнению DARPA, помощь компаниям и профессорам в поддержании закона Мура была крайне важна для военного превосходства Америки.

Чип-индустрия также финансировала университетские исследования в области проектирования микросхем, создав Корпорацию полупроводниковых исследований, которая распределяла гранты на исследования среди таких университетов, как Карнеги-Меллон и Калифорнийский университет в Беркли. В 1980-х годах группа студентов и преподавателей этих двух университетов основала ряд стартапов, которые создали новую, ранее не существовавшую отрасль - программные средства для проектирования полупроводников. Сегодня каждая компания, производящая микросхемы, использует инструменты каждой из трех компаний, занимающихся проектированием микросхем, которые были основаны и созданы выпускниками этих программ, финансируемых DARPA и SRC.

DARPA также поддержало исследователей, изучающих вторую группу проблем: поиск новых применений растущей вычислительной мощности чипов. Одним из таких исследователей был Ирвин Джейкобс, специалист в области беспроводной связи. Родившись в Массачусетсе в семье владельцев ресторанов, Джейкобс планировал последовать за своими родителями в индустрию гостеприимства, но потом влюбился в электротехнику. В 1950-е годы он играл с вакуумными трубками и калькуляторами IBM. Получая степень магистра в Массачусетском технологическом институте, Джейкобс изучал антенны и электромагнитную теорию и решил сосредоточить свои исследования на теории информации - изучении того, как можно хранить и передавать информацию.

Радиостанции уже несколько десятилетий передают сигнал без проводов, но потребности в беспроводной связи растут, а пространство спектра ограничено. Если вам нужна была радиостанция на частоте 99,5 FM, вы должны были убедиться, что на частоте 99,7 ее уже нет, иначе помехи сделают вашу радиостанцию непонятной. Тот же принцип действовал и в других видах радиосвязи. Чем больше информации помещалось в определенный участок спектра, тем меньше оставалось места для ошибок, возникающих из-за беспорядочных сигналов, отражающихся от зданий и мешающих друг другу, когда они неслись по воздушному пространству к радиоприемнику.

Давний коллега Джейкобса по Калифорнийскому университету в Сан-Диего Эндрю Витерби в 1967 г. разработал сложный алгоритм декодирования беспорядочного набора цифровых сигналов, отражающихся в зашумленном эфире. На сайте ученые оценили его как отличную теоретическую разработку, однако алгоритм Витерби оказался трудно применим на практике. Идея о том, что обычные радиоприемники когда-нибудь будут обладать вычислительной мощностью, необходимой для выполнения сложных алгоритмов, казалась неправдоподобной.

В 1971 г. Джейкобс прилетел в Санкт-Петербург, штат Флорида, чтобы принять участие в конференции ученых, занимающихся теорией связи. Многие из профессоров пришли к неутешительному выводу, что их научная область - кодирование данных в радиоволнах - достигла своего практического предела. Радиочастотный спектр может вместить лишь ограниченное количество сигналов, прежде чем их станет невозможно отсортировать и интерпретировать. Алгоритмы Витерби теоретически позволяли упаковать больше данных в тот же радиочастотный спектр, но ни у кого не было вычислительных мощностей, чтобы применить эти алгоритмы в масштабе. Казалось, что процесс передачи данных по воздуху уперся в стену. "Кодирование умерло", - заявил один из профессоров.

Джейкобс был с этим совершенно не согласен. Встав с заднего ряда, он протянул маленькую микросхему и заявил: " Это будущее". Джейкобс понял, что чипы совершенствуются настолько быстро, что скоро они смогут кодировать на порядки больше данных в том же объеме спектра. Поскольку количество транзисторов на квадратном дюйме кремния росло в геометрической прогрессии, объем данных, которые можно было передавать через данный участок радиочастотного спектра, тоже скоро взлетит.

Джейкобс, Витерби и несколько их коллег организовали компанию по производству беспроводных коммуникаций под названием Qualcomm-quality communications, рассчитывая на то, что все более мощные микропроцессоры позволят им вместить больше сигналов в существующую полосу частот. Вначале Джейкобс получил контракты от DARPA и NASA на создание систем космической связи. В конце 1980-х годов компания Qualcomm вышла на гражданский рынок, запустив систему спутниковой связи для грузоперевозок. Но даже к началу 1990-х годов использование микросхем для передачи больших объемов данных по воздуху казалось нишевым бизнесом.

Для такого профессора-предпринимателя, как Ирвин Джейкобс, финансирование DARPA и контракты Министерства обороны были решающим фактором для поддержания его стартапов на плаву. Но только некоторые правительственные программы работали. Например, попытка компании Sematech спасти американского лидера в области литографии закончилась полным провалом. Усилия правительства были эффективны не тогда, когда они пытались реанимировать терпящие бедствие фирмы, а когда они использовали уже существующие сильные стороны Америки, предоставляя финансирование, чтобы позволить исследователям превратить умные идеи в опытные образцы продукции. Члены Конгресса, несомненно, пришли