Закон Мура

by @book30min
Закон Мура

Закон Мура

Девятнадцатого апреля 1965 года в 35-м, юбилейном выпуске журнала Electronics была опубликована статья “Как уместить больше компонентов в микросхему”. Статья была написана Гордоном Муром, в то время работавшим директором по исследованиям и разработкам в компании Fairchild Semiconductor. Мур утверждал, что сложность микросхем (то есть количество транзисторов в них) будет удваиваться каждый год в течение последующего десятилетия, а себестоимость производства – постоянно снижаться. Это и есть закон Мура – “главная теорема цифровой эпохи”. Мур считал, что миниатюризация и снижение себестоимости транзисторов в сочетании с экспоненциальным ростом их мощности преобразят мир.

С тех пор себестоимость вычислений радикально снизилась, а цены на электронные компоненты сократились более чем в миллиард раз. Микросхемы управляют компьютерами, телевизорами, радиоприемниками, смартфонами, автомобилями, видеоиграми, Интернетом, промышленным оборудованием и роботами. Кремниевые микросхемы, в создании которых участвовал Мур, стали самым массовым продуктом в мире и важнейшим элементом современной жизни. Статья Мура поначалу осталась незамеченной, но со временем многие осознали ее пророческий смысл, несмотря на то что период удвоения был пересмотрен. Скромный и деликатный Мур стал одним из самых уважаемых экспертов отрасли, главным теоретиком развития полупроводниковых технологий, провидцем цифровой революции.

“Кремниевый транзистор в микросхеме можно сравнить по его революционному влиянию с железной дорогой, автомобилем и самолетом”.

Юный подрывник

Калифорниец в пятом поколении Гордон Мур родился 3 января 1929 года в городке Пескадеро, в нескольких милях от Тихого океана и Стэнфордского университета. Прапрадед Мура перебрался в Калифорнию в 40-х годах XIX века. Когда Гордону исполнилось 11 лет, его друг получил в подарок на Рождество набор для химических опытов и разрешил Гордону с ним поиграть. Гордон построил в сарае около своего дома целую химическую лабораторию. Он с упоением проводил эксперименты и взрывал все подряд. Учился он хорошо и достиг успехов в спорте, но главным увлечением стала химия.

“Мур… всегда был полон решимости сражаться в конкурентной борьбе; в тех сферах, которые не связаны с личными контактами, – рынков, технологий и развития бизнеса – он агрессивно наступал”.

В 1946 году Мур поступил в государственный колледж Сан-Хосе, а в 1948 году перевелся в Калифорнийский университет в Беркли, куда его привлек более строгий научный подход к проведению исследований. Своей специализацией Мур выбрал математику, химию и физику. В 1950 году он женился на Бетти Уитекер, закончившей в Сан-Хосе факультет журналистики. Писать докторскую диссертацию Мур поехал в Калифорнийский технологический институт в Пасадене, где сосредоточил свое внимание на физической химии, физике и приборостроении. Там он впервые начал работать с полупроводниками и приобрел знания в области инфракрасной спектрометрии.

APL и Лаборатория полупроводников Уильяма Шокли

Защитив диссертацию, Мур устроился на работу в Лабораторию прикладной физики (APL) в городе Сильвер-Спринге (штат Мэриленд). Он ставил эксперименты и набирался опыта в создании оборудования. Но полной удовлетворенности не было: было не ясно, стоит ли оставаться в APL. Лабораторию больше интересовали отвлеченные теоретические исследования. Мур же хотел заниматься чем-то более практическим.

“Закон Мура – это плод воображения”.

Выйти из профессионального тупика ему помог Уильям Шокли, один из изобретателей полупроводников и лауреат Нобелевской премии по физике. Шокли искал подающих надежды молодых научных работников в созданную им лабораторию Shockley Semiconductor Laboratory в Маунтин-Вью (сейчас это место все знают как Кремниевую долину). Целью Шокли было наладить производство полупроводников, которые могли бы заменить вакуумные лампы, используемые в радиоприемниках и других устройствах. Шокли пригласил Мура в свою команду на должность химика. Тот с радостью согласился.

“Шокли сказал мне, что собирается создать транзистор, а точнее – диффузионный кремниевый транзистор. Он планировал продавать их в больших количествах” (Гордон Мур).

Полупроводники были дешевле вакуумных ламп и потребляли намного меньше электроэнергии. Значительного успеха в области полупроводников добилась лаборатория Bell Labs. Ее специалисты научились производить кремниевые подложки и формировать (“печатать”) на них химическим способом транзисторы. Шокли хотел опередить Bell Labs, усовершенствовав и переведя производство полупроводников на массовые коммерческие рельсы. Работая по 12 часов и часто по выходным, ставя множество экспериментов, Мур совершенствовал химический процесс производства кремниевых полупроводников методом диффузии. Но Шокли уже потерял интерес к кремниевым полупроводникам. Он сосредоточился на разработке четырехслойного диода, который мог стать альтернативой электромеханическим переключателям для телефонных станций. Это решение сильно разочаровало Мура и других талантливых молодых сотрудников Шокли. Мур и его коллеги не могли больше работать с Шокли, которого считали параноиком. В анонимном письме, которое получил Арнольд Бекман, инвестор Шокли, говорилось: “Мы перепуганы насмерть и боимся подать голос”. Ученые поручили Муру добиться поддержки Бекмана, но тот остался на стороне Шокли.

Мур и семеро коллег решили покинуть компанию. Они связались с нью-йоркским инвестиционным банком Hayden Stone and Company, представители которого предложили молодым ученым создать собственную фирму и заняться диффузными кремниевыми полупроводниками. К финансированию проекта привлекли Шермана Фэрчайлда, акционера IBM, владельца двух крупных технологических компаний. Бекман и Шокли назвали ушедших сотрудников “вероломной восьмеркой”, но всех их (Гордона Мура, Роберта Нойса, Шелдона Робертса, Юджина Кляйнера, Виктора Гринича, Джулиуса Бланка, Жана Эрни и Джея Ласта) в будущем ждал успех. Новая компания получила название Fairchild Semiconductor Corporation.

“Boeing 747 состоит из 6 миллионов частей, а одна современная микросхема может содержать 16 миллионов транзисторов”.

Fairchild

В 1957 году Fairchild Semiconductor начала работу, расположившись в миле от лаборатории Шокли. Целью ее создателей стали разработка, производство и продажа надежных кремниевых транзисторов. Руководил разработками Мур. Вскоре компания выпустила первый в мире кремниевый транзистор, изготавливаемый методом диффузии, в двух вариантах – 2N696 и 2N697. Транзистор сразу получил признание военных заказчиков. Затем были выпущены еще несколько полупроводников. Роберт Нойс изобрел интегральную микросхему – нанесенные химическим способом на кристалл кремния стандартные компоненты электрической цепи.

“«Направление без указаний» – это управленческий стиль Мура, но на ранних этапах развития Fairchild и Intel его политика, позволявшая подчиненным свободно проверять разные идеи, приводила к тому, что иногда они отклонялись от курса”.

Fairchild превратилась в успешный генератор новых технологий для электронной промышленности, но внутри компании нарастало напряжение. В1963 году исследовательский отдел, которым руководил Мур, работал в Пало-Альто, а производственное подразделение, которое возглавлял инженер Чарли Спорк, – в Маунтин-Вью. Дистанция между исследователями Мура и производственниками Спорка – не географическая, а эмоциональная – все возрастала. Роберт Нойс, генеральный директор и связующее звено между исследователями и заказчиками, старался сгладить разногласия между Муром и Спорком.

Воодушевленный ростом продаж и прибыли, Шерман Фэрчайлд реализовал в 1959 году возможность, заложенную в инвестиционном контракте, – он приобрел 100% акций компании. Fairchild Semiconductor стала дочерней компанией Fairchild Camera, штаб-квартира которой находилась в Нью-Йорке. Все работники FS таким образом стали сотрудниками FC, а Нойса обязали согласовывать каждое решение со штаб-квартирой. Стоимость акций основателей Fairchild Semiconductor выросла примерно с 5000 нынешних долларов до трех миллионов. У Мура к тому моменту было уже двое сыновей, Кен и Стивен. Казалось бы, есть сколь угодно поводов для счастья. Но на работе гладко не складывалось.

“В глубине души Мур полон желания влиять на события, сведя при этом к минимуму внимание к своей личности”.

Разногласия в компании усиливались. Уволились двое из основателей Fairchild, Эрни и Ласт. За ними последовали еще несколько ключевых сотрудников. В компании разочаровался и Роберт Нойс. В 1968 году он ушел, чтобы основать собственный бизнес по производству микросхем. Мур согласился стать партнером Нойса; к ним присоединился и Эндрю Гроув, химик-технолог, который пришел в FS в 1963 году. Всего бывшие сотрудники Fairchild основали около 400 технологических компаний; эти компании прозвали Fairchildren.

“Мы начали работать [в Intel] на основе принципов эгалитарности и со временем ввели их в систему” (Гордон Мур).

Intel

Нойс, Гроув и Мур учредили Integrated Electronics, сокращенно Intel. Первоначальное финансирование в размере 2,5 миллиона долларов обеспечил венчурный капиталист Артур Рок, в свое время помогавший “вероломной восьмерке” от лица фирмы Hayden Stone. Нойс и Мур вложили в компанию личные средства. Компания Intel приступила к работе на старом заводе Union Carbide Electronics все в том же Маунтин-Вью. Нойс, Мур и Гроув прекрасно дополняли друг друга. Нойс обладал деловой хваткой, связями на Уолл-стрит и среди потенциальных покупателей. Ему удалось убедить общественность в том, что Intel сыграет значимую роль в области высоких технологий. Мур, “суперкомпетентный инженер и технолог”, занимался стратегией. Гроув воплощал ее в жизнь.

Intel планировала производить высококачественные микросхемы памяти, способные заменить самые дорогостоящие компоненты компьютеров. Мур был уверен, что опционная программа поможет Intel снизить текучесть кадров, от которой так сильно страдала Fairchild. Он оказался прав: Intel добилась завидных показателей лояльности и продолжительности работы сотрудников. Компания сосредоточилась на совершенствовании технологии МОП (металл-оксид-полупроводник) и массовом производстве микросхем. В марте 1969 года Intel произвела первую работающую микросхему памяти. Кроме того, важным прорывом стала идея разместить на одной микросхеме центральный процессор – мозг компьютера. Так появился микропроцессор 4004, ставший событием в мире высоких технологий. Модуль памяти 1103 DRAM, выпущенный Intel, побил все мировые рекорды продаж в области микросхем.

“У Боба был наметан глаз на возможности для бизнеса, у Мура – на направления технологического развития, у Энди – на возможности повышения эффективности операций” (Крейг Барретт).

В качестве своего слогана компания выбрала фразу: “Intel delivers” (“Intel выполняет обещания”). Через три года после основания Intel переехала в новую штаб-квартиру в Санта-Кларе. Первичное размещение акций состоялось в 1971 году на новой электронной бирже NASDAQ. Стоимость акций, принадлежавших Муру, превысила 60 миллионов современных долларов. В начале 1972 года в Intel работало уже больше тысячи сотрудников.

“Если Hewlett-Packard считать Афинами Кремниевой долины, то Intel будет Спартой: ее безжалостность можно объяснить более жесткой конкуренцией в выбранной Intel области деятельности”.

Дилемма

В середине 1970-х годов развитие технологий производства микросхем памяти и логических микросхем привело игроков рынка к фундаментальной дилемме. Производители микросхем все чаще оказывались на территории, которую считали своей клиенты – те, кто делал системные платы для потребительской электроники, промышленных и военных целей. Дальнейшее развитие в этом направлении неизбежно привело бы к конкуренции между производителями микросхем и их клиентами. Причем это напряжение между участниками рынка могло только нарастать. Мур понял, что успех в новых реалиях бизнеса будет зависеть от того, как управлять этим напряжением. Именно в 1970-х Мур определил пределы приемлемых практик и начал тщательно их контролировать.

Бизнес-модель Intel зависела от ее способности продавать клиентам стандартную продукцию (микропроцессоры, модули памяти), экономя на масштабах. Чтобы модель работала, Intel нужно было предупреждать возникновение враждебного отношения со стороны клиентов, избегая как вторжения в “вотчины” индивидуальных продуктов, так и слишком сильного сближения с какой-то одной компанией. Необходимо было не просто избегать конкуренции со своими заказчиками, но даже и виду не подавать, что такая конкуренция возможна.

“К середине 1990-х годов микропроцессоры стали, несмотря на свой крохотный размер, самыми сложными машинами, которые когда-либо производились человеком”.

К 1973 году Intel добилась значительного превосходства над конкурентами на рынке модулей компьютерной памяти, но Мур был уверен, что микропроцессоры заслуживают не меньшего внимания. Первые процессоры, считал он, возможно, и не будут продаваться в тех же объемах, что память, но они открывали совершенно новые возможности в таких областях, как, например, промышленное и медицинское оборудование или управление транспортными потоками. Мур разглядел в микропроцессоре универсальный компонент, то есть стандартный продукт массового производства, который компания могла продавать самым разным производителям конечных продуктов. Стандартизированные изделия, приспособленные под самые разные рынки и самых разных клиентов, – вот в каком направлении указывал закон Мура и вот что, как он сам считал, будет главным драйвером успеха Intel.

“Боб Нойс сказал: «Теперь, когда мы работаем в компьютерной отрасли…» – и Мур взорвался: «Мы не работаем в компьютерной отрасли! Мы производим системы для создания компьютеров»” (Энди Гроув).

Wintel

Intel превратилась в крупнейшего в мире производителя полупроводников. Частично ее успех можно объяснить решением компании IBM использовать процессоры Intel в ее персональных компьютерах. Компания Microsoft, сумевшая договориться с IBM об установке на ПК своей операционной системы Windows, добилась не меньшего успеха. “Wintel” (Windows + Intel) стала доминирующей комбинацией ПО и микропроцессоров в персональных компьютерах. В 1975 году Мур занял пост CEO Intel. Вскоре Intel вошла в список крупнейших компаний США Fortune 500.

Семейный фонд Мура

Крупнейший акционер Intel и прозорливый инвестор, Мур стал одним из самых богатых людей мира. Вместе с женой Бетти он создал Фонд семьи Мур. Фонд выделяет средства на научные и медицинские исследования, охрану окружающей среды и подготовку среднего медицинского персонала. В 2001 году Мур подарил 600 миллионов долларов Калифорнийскому технологическому институту, что считается самым большим пожертвованием высшему учебному заведению в истории. В 1998 году Гордон и Бетти Мур перебрались на Гавайи, но Мур не прекратил деятельности в Калифорнии. С 1994 по 2001 год он оставался председателем совета попечителей Калифорнийского технологического института.

“Обыкновенный транзистор массового производства [в 1958 году] стоил в среднем 2,5 доллара. Сегодня на эту сумму в пересчете на нынешние деньги можно приобрести более 30 миллиардов транзисторов”.

“Любой хороший экспоненциальный рост заканчивается”

Совершенствование кремниевых транзисторов скоро достигнет своего предела. Размер транзистора приблизится к размеру атома кремния. Сам Мур полагал на дату выхода книги, что до этого момента осталось одно-два поколения транзисторов. Эксперты считают, что к 2020 году закон Мура “будет мертв”: дальнейшая работа на поддержание закона будет экономически невыгодна производителям. Будет ли это означать коллапс отрасли? Время покажет.

Об авторах

Арнольд Тэкерей – основатель и CEO фонда Chemical Heritage Foundation. Дэвид Брок – эксперт в области электроники. Журналистка Рэйчел Джоунс пишет о предпринимательстве и высоких технологиях.

November 16, 2018