ГЛАВА 17.

В любом случае - из-за всех этих дефектов любой транзистор мог оказаться нерабочим, нерабочей становилась и вся схема, в которой он участвовал. Но остальные-то транзисторы могли оказаться рабочими - все или частью. А до металлизации этого никак не узнаешь - проверки были заточены на тестирование уже готовой схемы. Микроэлектронщикам было жалко, что пропадает кропотливая работа по изготовлению самих транзисторов, и они хотели приспособить нормальные транзисторы хоть для чего-нибудь - если не для сумматоров или регистров, на которые были заточены новые проектные нормы, то хотя бы для логических элементов - все хлеб. Вот народ и начал тыкать тонкими иголками в области стока, затвора и истока, чтобы узнать - годен транзистор на что-то или нет. А потом проверял его соседа. И других соседей. И только потом принималось решение о металлизации схемы - разработчики пытались соединять готовые транзисторы, чтобы получить их них хоть что-то.

Вариантов соединений получалось слишком много, чтобы делать для всех свои схемы разводки, поэтому вскоре сделали набор из десятка масок и, сдвигая их, засвечивали участки для металлизации с наиболее перспективными элементами, которые могли бы работать в логических вентилях. Но все-равно еще много полезного просто пропадало - скажем, шаблоны рассчитаны на разводку логического элемента И-НЕ по транзисторам пять, семь и одиннадцать, а вместо одиннадцатого "здоровый" - десятый или двенадцатый. И все - пропадает целый логический вентиль. Жалко - ведь на его производство было затрачено более суток времени. Мог бы жить и работать, а так - в лучшем случае эти транзисторы будут скучать рядом со своими более удачливыми соседями по микросхеме, которые смогли объединиться в команду И-НЕ или хотя бы просто НЕ. Ну а если среди соседей также не найдется счастливчиков - выбрасывается уже вся микросхема. До выброса всей пластины дело не доходило, но частенько из двадцати микросхем пластины в корзину шло пятнадцать, а то и восемнадцать штук.

Короче - идея требовала дальнейшего развития, в строй удавалось ввести в лучшем случае треть от возможного. И тогда я подкинул идею каждый раз рисовать шаблоны для металлизации под нужную разводку - просто вспомнил про такую штуку, как БМК - базовые матричные кристаллы - это когда делались массивы транзисторов, только без разводки - и уже потом под конкретного заказчика делалась металлизация - она-то и определяла конечную функциональность схемы.

Так и сделали - все-равно надо тренировать "студентов", поэтому для каждой пластины определяли работоспособные транзисторы, под них рисовали шаблон, изготавливали его на прозрачной пленке, и затем засвечивали через него будущую разводку. Сами шаблоны рисовались на бумаге, затем переносились с уменьшением на прозрачную пленку, и уже с нее - также с уменьшением - на микросхему. Причем шаблон не выкидывали, а складывали отдельно. Через пару месяцев оказалось, что практически под каждое возможное сочетание рабочих транзисторов есть нужный шаблон разводки, и количество новых шаблонов стало сокращаться.

Правда, пришлось покумекать над поиском подходящего шаблона среди множества возможных. Ведь на одной микросхеме хватает транзисторов для нескольких десятков логических вентилей, а количество возможных соединений транзисторов в вентили подходит к десятку тысяч. Естественно, прорисовывать шаблоны для каждого из них смысла не было - слишком большой объем вариантов. Поэтому транзисторы разбивались на группы - как правило 16х8 транзисторов, в каждой группе транзисторы получали порядковые номера и таким образом группа характеризовалась 128-битовой маской хороших-плохих транзисторов. И такую же маску получали и шаблоны, точнее - цифровые "заготовки" для отдельных участков. Есть заготовка - она участвует в отрисовке шаблона для данной микросхемы, нет заготовки - делают разводку, присваивают ей битовую маску - уникальный номер - и уже она участвует в отрисовке общего шаблона. И, подобрав для каждого участка нужный шаблон - рисовали общий шаблон. Ну, если его еще нет - порой маски почти совпадали, поэтому, чтобы не тратить время на новый шаблон, использовали один из наиболее подходящих - при этом ряд элементов был заведомо неработоспособным, либо наоборот терялись хорошие транзисторы - потери были неизбежны, но тут и принудительное разбиение на участки само по себе приводило к потерям транзисторов на границах этих участков. Уже летом на этой работе было занято пять ЭВМ для подбора шаблонов и более двух сотен схемотехников - народ учился "на кошках", заодно нарабатывая новые ЭВМ, причем не только для себя.

И люди все больше входили во вкус автоматизированного проектирования. Был разработан плоттер, который рисовал шаблоны на бумаге на основе команд, заложенных в памяти ЭВМ. Набор перемещений был ограниченным - только вперед-назад, вправо-влево и по диагонали, что порой требовало замысловатых перемещений, если нужный транзистор находился не точно по этим направлениям и к нему требовалось вести дорожку, состоявшую из нескольких колен. Дело усугублялось еще и неравномерным размещением самих транзисторов, поэтому перекомпоновали изначальную схему, разместив транзисторы по сетке - это несколько уменьшило занимаемую ими полезную площадь, зато упростило проектирование шаблонов разводки, хотя и не избавило полностью от "коленчатых" дорожек. Ну и ладно.

А попутно автоматизировали и процессы тестирования транзисторов, и установку шаблонов. И все - на базе дифракционных решеток - с их помощью и измеряли перемещения, и ставили метки, по которым выравнивали инструменты относительно подложки и подложки относительно шаблонов. А то подводить тестеры вручную, опускать иголки, подавать напряжение - и так для каждого транзистора - было очень муторным делом, на проверку одной пластины - всех ее тысяч транзисторов - уходило до двух недель, благо что учеников хватало и их надо было тренировать в точном позиционировании - вот они и портили глаза, следя в окуляры микроскопов за перемещением дифракционных полос и углублениями в поверхности пластины. Уже на третий день они сами и разработали схему перемещений, которая могла отслеживать положение щупа, так что теперь оставалось только сориентировать саму пластину, выставить ноль, а дальше можно было вращать рукоятки подачи и схема сама считала импульсы от пробегающих полос, по ним вычисляла положение щупов и даже отображала координаты на круговых индикаторах. Собственно, ученики просто взяли оборудование от проекционных станков. Ну а дальше она развивалась - сбоку прикрутили сначала простенькую управляющую схему, которая считывала с перфоленты координаты очередного транзистора, подводила к нему щупы, подавала отпирающее и затем запирающее напряжения и считывала выходной сигнал - реагирует ли транзистор на вход или же вместо нормальной работы стабильно выдает один и тот же результат. Проверка транзисторов существенно ускорилась - вместо двух недель пластину можно было просканировать за сутки, и на выходе получали длинную битовую маску, которая содержала результаты тестирования всех транзисторов - и уже ее разбивали на группы. Попытки поставить матрицу щупов сначала натолкнулись на тепловые деформации - они слегка раздвигали держатели иголок, так что те переставали опускаться на места, где были выходы транзисторов - просто промахивались, а то и попадали в соседей. Пришлось встраивать в многопозиционный щуп отдельные дифракционные решетки, с помощью которых измерялась тепловая деформация, а для ее компенсации добавили пьезоэлементы, которыми можно было отжать ушедшие иголки обратно. В итоге площадка размером пять на пять сантиметров содержала двадцать пять трехэлектродных щупов, пять пар дифракционных решеток и шестнадцать пьезоэлементов - и с ее помощью за одно "прицеливание" можно было оттестировать сетку сразу из двадцати пяти транзисторов, расположенных на соседних микросхемах - решетка сканировала "сетку" транзисторов, затем сдвигалась на один транзистор к следующей "сетке" и так далее, пока не досканировала всю линейку, затем сдвигалась на один транзистор вправо и снова сканировала сетки со сдвигом уже назад - в обратном направлении. Затем следующий ряд, следующий - на сканирование одной пластины уходило уже три часа.

По сравнению с этой микромашинерией автоматическая установка шаблонов была плевым делом - там и требовалось-то взять кассету с шаблоном, воткнуть ее в щель аппарата и затем подвигать-повертеть, чтобы совпали фигуры ориентации, что находились как на стекле проекционного аппарата, так и на шаблоне. Правда, сами фигуры пришлось переделать под машинный поиск - если до этого оператор вполне мог определить все эти кресты и косые линии, что должны были уместиться друг в друге, то машина пока не умела распознавать сложные фигуры, поэтому их заменили на наборы небольших прямоугольников, и если они переставали пропускать свет через микроскоп на матрицы фотоэлементов, значит - шаблон установлен ровно. Разве что на каждый "квадрат" пришлось все-таки ставить по четыре фотоэлемента и маскировать их входными отверстиями, чтобы определить - а куда собственно надо двигать шаблон, чтобы его квадраты перекрыли отверстия. В итоге, хотя поначалу и пытались решить проблему схемой на жесткой логике, но в конце концов поставили нормальную ЭВМ, которая и решала эти задачи - слишком сложным получались алгоритмы - там ведь по сути сделали первую систему распознавания изображений. Ее же потом применили и для автоматизированной установки пластин в проекционном аппарате, только для пластин сделали окраску площадок люминофором, чтобы видеть под УФ-лучами - там ведь не сделаешь прозрачные квадраты, да и сами пометки должны пережить все технологические процессы - не только нанесение фоторезиста, но и его сушку, смывку, легирование при высоких температурах - сохранить пометку пока удалось только при работе через люминофоры и ультрафиолет, да и то - во все шаблоны пришлось встраивать площадки, которые защищали эти площадки с установочными элементами, иначе защитная пленка оксида кремния смылась бы при первом же открытии окон для диффузии или контактов. Правда, чтобы все совпадало, отметки на шаблонах и на пластинах пока делались только на одном и том же аппарате, предназначенном только для данной проекционной установки - над переносимостью отметок между аппаратами еще предстояло потрудиться, и, что самое плохое - пока было непонятно, как это сделать. Так что для каждой проекционной установки делались свои фотошаблоны, и пластины могли засвечиваться только в конкретной установке, для другой установки приходилось рисовать свои фотошаблоны, несмотря на ту же самую схемотехнику - масштабирование и гибкость производства были под вопросом.

Забегая вперед, отмечу, что в итоге вся эта вакханалия с рисованием шаблонов привела к тому, что в конце ноября мне продемонстрировали первый "процессор на чипе". Точнее - "на пластине" - они просто соединили все нормальные блоки пластины в общую схему - и вуаля! - процессор !!! Уникальный и неповторимый, так как сложно было представить, что на других пластинах окажется такое же распределение рабочих транзисторов. С другой стороны - ничего удивительного - техпроцесс в 10 микрон позволял разместить на одной микросхеме пятьсот транзисторов - мы и затачивали их на изготовление прежде всего широких сумматоров, умножителей и регистровых банков, ну и микросхем динамического ОЗУ - памяти мало не бывает. Двадцать микросхем одной пластины - это уже десять тысяч транзисторов - а это размерности не слишком сложных 16-битных процессоров - у нас, собственно, такие и были, только собирались они на рассыпухе. Ну а тут - прозвонили транзисторы, определили годные - и нарисовали схему разводки под эту конкретную пластину. Ну разве что рабочих регистров было всего двенадцать из шестнадцати, положенных нашей архитектуре ЦПУ - часть пришлось задействовать на логику и дешифраторы. Зато частота была несколько мегагерц.

Более того - для пластин создали шаблоны, которые не содержали внутренних контактных площадок, необходимых только если пластина потом будет разделяться на отдельные микросхемы - за счет этого максимальное количество транзисторов выросло в два раза - уже двадцать тысяч. Процессор и немного памяти. Или конвейерный ускоритель вычислений с регистрами. На одной пластине. Быстродействующий. Ну, как минимум по количеству транзисторов - все-равно одна такая схема делалась минимум неделю, все из-за необходимости каждый раз делать новую разводку и новые шаблоны. Конечно, в основном разводка повторялась, но какие-то детали были различными. Ну и ладно - зато народ активно тренировался проектировать схемы. Более того - разработчики уже начали составлять какие-то алгоритмы для автоматизации прокладки межсоединений - авось года через два получат уже автоматизированную систему проектирования. Вот тогда заживем ! Впрочем, попутно они старались выправить косяки аппаратуры. Так, при поисках работоспособных транзисторов нашли несколько участков, которые стабильно выдавали испорченные приборы. Из-за чего это происходило, было неизвестно - грешили на оптику, но для ряда участков тестовые растры проходили без искажений. Так что пока просто переделали схемотехнику - перестали размещать там транзисторы, ну и учли особенности данной проекционной системы в алгоритмах поиска работоспособных транзисторов и трассировки разводки. И еще в паре участков были оптические искажения - в одном месте изображение двоилось, в другом - изгибалось. Как побороть задвоение, мы пока не придумали, а вот искривление обошли очень элегантно - просто стали рисовать на шаблонах "кривые" участки - и они своей кривизной исправляли кривизну оптики. Из имеющейся техники старались выжать по максимуму. И, хотя все эти шаблоны становились заточенными под конкретный проекционный аппарат со всеми его закидонами и потому неприменимы к другим аппаратам, но зато постепенная автоматизация, и - более того - наработка опыта - будут применимы и к другим аппаратам. А человеческий ресурс для нас был самым важным.

Всего же на исследованиях в области микроэлектроники и в проектировании схем сейчас работало более пяти тысяч специалистов - и это не считая вспомогательного персонала и производств, которые изготовляли аппаратуру - с ними было порядка пятнадцати тысяч человек. На западе пионеры полупроводниковой индустрии имели на порядки меньше людей - Fairchild Semiconductor была образована пресловутой "вероломной восьмеркой" - ушедшими от Шокли специалистами числом в эти самые восемь человек, Intel еще и в начале семидесятых имела всего сотню сотрудников - на все про все, и при этом уже создала восьмибитный процессор. Так что у нас по сути было около пятидесяти Интелов. Да у нас одних только установок выращивания монокристаллов по методу Чохральского было уже шестьдесят штук ! При вытягивании со скоростью, скажем, пять миллиметров в минуту, они выдадут в час 18 (восемнадцать !) метров (ха!) монокристаллов диаметром от трех до десяти сантиметров ! Правда, на производство работало примерно с десяток установок, а остальные использовались для исследований - более сотни команд по три-пять человек днями и ночами вытягивали монокристаллы на разных режимах и затем смотрели что получалось. И, если мы пойдем такими же темпами, то к середине пятидесятых мы сможем получить что-то типа Макинтошей, не говоря уж об Apple-II или - держите меня ! - Спектрума. Впрочем, уже и сейчас начинались опыты с графикой - те же разработчики шаблонов очень хотели в интерактиве отлаживать разводку, поэтому корпели над графическим монитором - пока с разрешением всего 128х128, однобитным - в промежуточный буфер на сдвиговых регистрах считывалось полстроки - 8 байт, и пока она выводилась на экран, во второй буфер считывалась вторая половина - иначе быстродействия видео-ОЗУ хоть и хватало, но впритык. Пусть тренируются - четыре килобайта для такого дела уже не жалко, благо что я сам им и подкинул такую идейку - просто как-то спросил "А чего вы на бумаге-то все чертите ?" - и потом часа три рассказывал про графику - что это такое и с чем ее едят.