11
Не было бы счастья, да несчастье помогло
Чип Intel 1103 стал первым в мире полупроводниковым устройством памяти, к которому пришел коммерческий успех. Высокая производительность и малые размеры чипа заставляли разработчиков включать его в свои продукты, хотя им этого не очень-то хотелось. Первая версия 1103 оказалась, как признал Гордон Мур десятилетие спустя, самым сложным в применении полупроводником, когда-либо созданным человеком.
Устройству для нормальной работы требовалось множество периферийных схем, а также три источника питания. Кроме того, так как его временной цикл был непостоянным, то использующая его система должна была к нему приспосабливаться. Когда эйфория от самой возможности производства чипа прошла, руководство Intel начало осознавать, что компания стоит перед лицом кризиса. Если не удастся быстро ликвидировать недостатки 1103-го, они помешают этому технологическому чуду достичь коммерческого успеха.
Intel нашла два способа решения этой проблемы. Первый — немедленно начать программу исследования схемы чипа, чтобы упростить его и улучшить. Однако подготовка шаблонов, опробование нового процесса и переход от образцов к полномасштабному производству требовали времени, поэтому изменение схемы могло принести плоды не раньше чем через пару лет. Второй ответ Intel был более краткосрочным и менее масштабным. Тэд Хофф и Стэн Мэйзор, два инженера компании, на несколько недель прекратили работу над своими проектами, чтобы создать ряд демонстрационных систем. Эти системы, как они надеялись, помогут убедить потребителей, что включить чип 1103 в схемы компьютеров не так уж и сложно. Однако потребители Intel повели себя непредсказуемо. Вместо того чтобы согласиться и делать заказы на 1103, инженеры в компьютерных компаниях, увидев демонстрационные системы, начали просить продать их в промышленных количествах, т.е. они хотели предоставить Intel самой разрабатывать подсистемы, приспособленные для работы сотен отдельных чипов.
Пока Intel взвешивала, стоит ли производить такие интегрированные системы памяти, Нойсу пришла телеграмма. Ее послали Билл Джордан и Билл Регитц, представители старшего руководства Honeywell, компьютерной компании, которая сотрудничала с Intel в разработке первоначального проекта технологии MOS, приведшего к созданию 1103-го. Джордан и Регитц получили удар ниже пояса: их босс неожиданно сообщил им, что расходы на командировки не позволяют им ехать на Международную конференцию по полупроводниковым схемам в Филадельфию, присутствовать на которой считалось необходимым для любого уважающего себя инженера, занимающегося полупроводниками. Поэтому они оба взяли недельный отпуск и за свой счет купили билеты на конференцию. После заседаний они залили свое горе пивом и пришли к заключению, что им обоим лучше работать в Intel, а не в Honeywell.
В телеграмме Нойсу ничего не говорилось о внутренней политике Honeywell; в ней просто задавался вопрос, интересует ли его бизнес-план создания в Intel отдела по производству "систем памяти" — интегрированных устройств, которые компании могли бы включать в свои компьютеры для увеличения объема памяти. Конечно же, ответ был да. Хотя они этого и не знали, телеграмма попала на стол к Нойсу как раз в тот момент, когда он пришел к заключению, что Intel должна не только предлагать отдельные компоненты. По его просьбе Джордан и Регитц переслали ему по почте пять страниц рукописного текста — бизнес-план нового отдела. После этого Нойс и Мур вылетели в Бостон на встречу с ними. Менее чем через месяц Джордан и Регитц переехали с семьями на Западное побережье и приступили к работе над системами памяти в Intel.
В свой первый рабочий день Регитц и Джордан узнали, что планы Intel изменились. Проблема объемов выхода готовой продукции с чипом 1103 оказалась столь серьезной, что компания не могла себе позволить направить усилия их обоих на разработку систем памяти. Одному из них поручалась "полировка дерьма" — проект по доработке 1103-го. Джордан должен был в одиночку организовать новое производство систем памяти. (Почти с первого дня новый отдел назвали MSO — Memory Systems Operations. В Intel очень любили аббревиатуры.)
Переманив одного инженера от разгневанного Тэда Хоффа и еще одного из Honeywell, Джордан вскоре смог совместить наработки по производству систем памяти и по ассортименту продуктов — очень больших коробок, наполненных пластинками схем, на которых были установлены тысячи или даже десятки тысяч чипов 1103, с соответствующими драйвер-ными схемами. Такой способ реализации 1103-го принес Intel два больших преимущества. Первое было чисто количественным: по одному заказу, одному счету и за одну поставку Intel могла получить десятки тысяч долларов. Это стало источником небывалой радости для компании, которая никогда раньше не продавала продукт стоимостью больше 200 дол. Значит, работа торгового отдела Intel могла кредитоваться лучше.
Вторая выгода заключалась в том, что теперь компания могла использовать устройства, которые не соответствовали выпущенной ею спецификации. Когда она продавала отдельные компоненты, то устройства, работавшие медленнее или потреблявшие больше энергии, оказывались бесполезными. А они составляли четверть, половину или даже больше в общем выходе продукции. Теперь Intel могла вставлять эти нестандартные устройства в системы памяти, единственным условием была адекватная работа всего устройства в целом. До половины компонентов внутри него могли не соответствовать спецификации на отдельно поставляемые устройства, а потребители даже не догадывались об этом. Наоборот, за то, что все эти нестандартные компоненты были собраны в законченную систему памяти, они готовы были платить больше.
Дополнительное преимущество бизнеса систем памяти составляла маркетинговая стратегия IBM, прародителя индустрии ЭВМ. Чтобы сделать цену на свои компьютеры конкурентной по сравнению с ценами "семи гномов", IBM устанавливала скромную надбавку на базовый компьютер, а прибыль получала за счет дополнительных устройств, за которыми пользователи обращались через год или два, чтобы модернизировать системы. Это был высокотехнологичный пример того, как делать деньги на лезвиях вместо бритв. Но он открывал возможности и для Intel. Поскольку IBM производила собственные устройства памяти и даже не рассматривала варианты покупки 1103-го у Intel, то почему бы не разработать системы памяти специально для машин IBM и не предложить их напрямую потребителям IBM? Прибыли могли быть потрясающими, а отдел вышел бы на доселе закрытый рынок, на котором продавалось до 70 процентов памяти в мире.
Вступление на почву IBM требовало гораздо больше знаний и акку- I ратности, чем обычное внедрение нового продукта. Джордан должен был I не просто гарантировать приемлемое качество; он не хотел, чтобы кто-1 нибудь из тех, кто сделал покупку в его подразделении, а не в IBM, I в случае брака потерял работу. Джордан также попытался взять на воору-1 жение некоторые отличные услуги, входящие в пакет, предлагаемый IBM. I К примеру, отдел должен был разработать систему лизинга, которая по-1 зволяла бы компаниям арендовать системы памяти на определенный срок, I а затем возвращать их Intel. Все это само по себе сделать было нетрудно, I хотя казалось необычным для такой относительно небольшой компании, I как Intel.
Проблемы начали проявляться только тогда, когда производство сис-1 тем памяти было налажено и пошло гладко. Как вести бухгалтерию но-1 вого отдела? Нужно ли считать стоимость чипов, полученных в качестве I компонентов и встроенных в систему, по полной цене — так, будто MSO купил их на рынке? Или их надо оценивать по себестоимости, поскольку до того, как Джордан стал использовать их в своих системах памяти, они просто-напросто выбрасывались?
Оба подхода имели свои трудности. Учет входящих компонентов по полной цене вряд ли отражал их потенциальную стоимость для Intel, поскольку компания никогда не пыталась найти потребителей на рынке для устройств, не соответствующих спецификации. С другой стороны, было бы слишком щедро отдавать такие чипы новому отделу просто так: это могло привести к перекосам в учете, в результате чего у компании появился бы соблазн вливания средств в производство систем памяти, так как оно выглядело бы более прибыльным, чем на самом деле.
Ясно, что разумное решение состояло в том, чтобы выбрать среднюю цифру. Но поскольку руководители всех подразделений отвечали за прибыли и убытки своих производств, вопрос этот не был чисто теоретическим. Каждый лишний пенс, который Биллу Джордану пришлось бы платить за чипы, повышал бы прибыльность компонентного бизнеса и понижал его собственные доходы; и наоборот, из-за каждого пенса, на который ему удалось бы снизить цену, компонентный бизнес стал бы выглядеть хуже, а его — лучше. Результат мог сделать карьеру или сломать ее.
Вопрос оставался открытым почти семь лет, а Гордон Мур и Боб Нойс отказывались, несмотря на давление, стать арбитрами между сторонами. Но постепенно начали проявляться две тенденции. Во-первых, системы памяти могли стать неплохим бизнесом, но даже при благоприятных цифрах они не могли претендовать на валовую прибыль в 55%, в то время как для других новых проектов компании эта цифра была принята как тест на жизнеспособность. Во-вторых, рост нового отдела был не таким быстрым, как рост других коммерческих проектов Intel, основанных на полупроводниках. Рынок ЭВМ в начале 70-х был гигантским, однако появление дешевой памяти и дешевых процессоров изменило лицо всей компьютерной индустрии и всем дало возможность увеличить прибыль.
Понять, почему устройство не работает, порой не менее важно, чем найти способ, чтобы оно заработало. Одним из умнейших инженеров Intel был высокий худощавый физик Дов Фроман. Большую часть своей жизни (а он защитил диссертацию на степень доктора философии и работал в исследовательской лаборатории Fairchild) Фроман посвятил малоизвестной технологии полупроводников — оксид металла-нитрида. Когда Intel сделала ставку на кремниевый затвор, Фроману было поручено решать возникающие в процессе работы проблемы. Причину неисправности устройств он видел в том, что, возможно, некоторые из затворов схемы теряют соединение, т.е. становятся "плавающими".
Через несколько недель Фроман вкатил в офис Гордона Мура демонстрационную тележку. Буквально за десять минут он показал, как из того, чте портило чипы, можно создать основу для нового продукта. "Мы составили 16-битный массив с корпусами примитивных транзисторов, торчащими из шестнадцати гнезд,— вспоминал Фроман.— Красные лампочки показывали биты. Это было совершенно ново для нас, и мы все тщательно проверяли. Мы показали Гордону, что нажатием кнопки можно программировать устройство, а оно будет сохранять задание". Фроман открыл нечто совершенно поразительное: полупроводник вел себя как постоянная память (ROM), но при этом его невероятно легко было программировать.
Это открытие должно было изменить жизнь инженеров, которым приходилось постоянно хранить информацию на чипе. Обычно для этого данные "выжигались" на стандартном устройстве ROM. Схема рисовалась на листах рубилита, затем чертеж превращался в набор стеклянных шаблонов и нужно было ждать, пока схема будет нанесена на кремниевые пластины на производственной линии. Стандартный процесс занимал недели, если не месяцы. Теперь у инженеров появился короткий путь: они могли "записывать" данные в этот новый тип ROM в течение нескольких минут — и цикл создания образца нового компьютерного продукта сократился с месяцев до часов.
Дважды демонстрировать это открытие Муру не потребовалось: он поручил компании реализовать его в коммерческом продукте. Вскоре после того, как началась программа исследований, Фроман пришел к нему с еще более хорошей новостью. Этот новый тип ROM позволял не только легко записывать данные, но и так же легко их стирать, используя ультрафиолетовые лучи. Так что, если разработчики схемы обнаружат, что сделали ошибку, или захотят внести улучшения в свою разработку, им нужно будет всего лишь снять ROM-чип с платы, на которой он установлен, открыть его и направить на него ультрафиолетовый луч. Чип снова будет как новый, готовый к записи свежих данных. Intel решила назвать его EPROM (erasable, programmable read-only memory — стираемое программируемое устройство постоянной памяти).
Для того чтобы EPROM можно было продавать, компании пришлось искать способ его производства по разумной цене. Первый образец разработки — чип объемом 2 Кбайт — с этой точки зрения был ужасен: он получился лишь наполовину меньше самого большого чипа, который когда-либо создавала Intel. Простые подсчеты показывали, что чем больше размер чипа, тем меньше чипов получается из одной кремниевой пластины, а значит, себестоимость каждого из них будет больше. Кроме того, производство больших чипов имело еще один минус. Одной из главных причин брака являлись случайные дефекты на самой кремниевой пластине. При прочих равных условиях, чем больше было устройство, тем выше оказывался процент выходящих с линии бракованных изделий. Необычный размер первого EPROM вызывал еще одну, более прозаическую, проблему. Чип был таким большим, что его чертеж не помещался на чертежных столах. Схемы надо было склеивать из четырех маленьких чертежей, что создавало необходимость выравнивания.
Первый работающий EPROM появился в сентябре 1970 года, а к февралю следующего года Мур был настолько уверен в этом проекте, что дал добро Фроману на презентацию новой технологии на Международной конференции по полупроводниковым схемам в Филадельфии. Чтобы продемонстрировать способность схемы выдерживать попеременно процессы стирания и программирования, Фроман показал делегатам конференции фильм.
"В фильме демонстрировалось, как стирается узор из битов: бит за битом это море точек пропадает и остается только логотип Intel,— вспоминал Мур.— При продолжающемся ультрафиолетовом излучении последние биты постепенно исчезали, пока не остался только один самый стойкий бит. Наконец, он тоже пропал, и присутствующие разразились аплодисментами". Открытие нового способа программирования ROM поразило широкую общественность электронной индустрии, впрочем, как и самого Мура.
Среди инженеров, присутствовавших на демонстрации, был Джо Фридрих — менеджер по разработке схем из Филадельфии. Когда-то Фридрих был в хороших отношениях с Гордоном Муром и Энди Гроувом, так как он был одним из ведущих исследователей в области памяти в Fairchild. Затем его переманила к себе компания Philco Ford Electronics — это произошло незадолго до создания Intel. Однако Фридрих поддерживал отношения и с командой Intel. В 1969 году он организовал в офисе своей новой компании технический семинар так, чтобы он совпал по времени с конференцией в Филадельфии. Мур согласился провести презентацию под названием "Индустрия, построенная на песке". Число собравшихся побило все рекорды, и по дороге в аэропорт, куда Фридрих отвозил Мура, они дружески болтали.
И вот, два года спустя, Фридрих снова прибыл на конференцию, посвященную полупроводниковым схемам. На этот раз он искал работу. В феврале 1971 года компания Ford объявила своим сотрудникам, что закрывает дочернюю электронную фирму. Это было в пятницу. В понедельник о закрытии было сообщено в "Electronics News", а во вторник Фридриху позвонил Энди Гроув и спросил, не хочет ли тот перейти в Intel. Фридрих согласился встретиться с Лесом Вадажем через две недели, когда тот приедет в Филадельфию с делегацией Intel. Сидя с Вадажем за чашкой кофе, Фридрих спросил, над чем он сможет работать, если перейдет в новую компанию. "Посмотри презентацию Дова Фромана,— сказал Вадаж.— Она все объяснит".
После просмотра фильма Фридриха уговаривать не пришлось. Через два месяца, отметив тридцать третий день рождения, он перевез жену и четверых детей в Калифорнию и приступил к работе в Intel. Здесь Фридриха ждали плохие новости. EPROM был запушен в производство под серийным номером 1702, но выход продукции был ужасно низким. В среднем из двух пластин получалась только одна хорошая схема, и на каждое работающее устройство приходилось более сотни недействующих устройств, которые можно было выбрасывать. Вряд ли в этом была вина Фромана. Стараясь не повторить внутреннюю политику Fairchild, направленную на то, чтобы держать взаперти в лабораториях множество хороших идей, Intel практически возвела в ранг религии, что тот, кто разрабатывал технологию, должен отвечать и за внедрение ее в коммерческое производство. Однако Фроман был физиком, а не разработчиком схем, поэтому в деле увеличения выхода продукции и изменения процесса он не был специалистом.
Фридрих занялся этой задачей со всем усердием, какого только мог желать Энди Гроув. Он разработал собственные тестовые программы и тестовые установки. Затем он переработал саму схему, чтобы снизить потребление энергии. Для этого ему пришлось изменить ее соединение с параллельного на последовательное и включить в нее усилитель чувствительности. Следующей его целью было "охарактеризовать" поведение устройства. "Если вы не можете осмыслить это теоретически,— говорил он впоследствии,— вам придется понять это эмпирически". На практике это означало, что к каждой хорошей схеме Фридрих применял токи разной силы и напряжения и наблюдал, что при этом происходило. Неделя за неделей ой перебирал комбинации, аккуратно записывая результаты измерения их электрического поведения.
Подход Фридриха разительно контрастировал с подходом Джона Рида. Этот инженер ушел после конфликта с Лесом Вадажем, возникшего в процессе работы над чипом 1103. Однажды Рид записал в своем лабораторном блокноте: "Устройство ведет себя забавно". По этому поводу Вадаж презрительно спрашивал в отзыве о его работе: "Что это значит, черт возьми?". Фридриха нельзя было упрекнуть в небрежности. Сказать, что схема ведет себя "забавно", он просто не мог. Ему требовалось знать точно, как забавно, в каком отношении и как долго.
Сидя над новой разработкой схемы и скрупулезно изучая ее поведение, Фридрих пришел к выводу, что EPROM нормально работает в двух режимах. Для считывания записанных на чипе данных ему требовалось два источника питания, напряжением +5 и -12 вольт. Однако, чтобы запрограммировать устройство, записав на него данные, Фридриху необходимо было более высокое отрицательное напряжение. Проблема состояла в том, что это напряжение надо было выдерживать очень точно, чтобы операция записи работала. На пару вольт меньше — и данные не записывались на чип; на пару вольт больше — и оксид разрушался и затирал устройство. Уровень технологии, существовавший в Intel, не всегда обеспечивал постоянное напряжение при записи для миллионов чипов, которые потенциально могли сходить с линии. Так как потребителю не будет известно уникальное напряжение для каждого устройства, он может испортить половину чипов при первом же применении.
Однако результаты исследований Фридриха оказались поразительными. Если он пропускал через устройство очень высокое отрицательное напряжение (этот процесс он назвал "выгуливанием"), то с устройством становилось легче работать. Вместо того чтобы использовать напряжение, рискованно близкое к разрушающему, для успешной записи данных теперь можно было применять гораздо более низкое напряжение. В результате диапазон допустимых значений расширялся настолько, что даже при непредсказуемом производстве уровня 1971 года гораздо больший процент чипов, сходящих с линии, оказывался годным. В подтверждение этого первый же комплект пластин дал потрясающее увеличение выхода: с половины чипа до 60 чипов на пластину.
Только позднее, когда было проведено более полное исследование теории устройства, Фридрих смог понять, почему "выгуливание" нетронутого устройства оказывало такое влияние на его дальнейшее поведение. В 1971-м же достаточно было знать, что это так. Intel смогла запустить в производство модифицированную версию EPROM под серийным номером 1702а, которая давала такой постоянно высокий выход годной продукции, что ее себестоимость снизилась на несколько порядков по сравнению с предшествующей. Когда процесс стабилизировался, себестоимость EPROM упала настолько, что сам чип стал стоить меньше, чем его упаковка. (Поскольку в керамическом корпусе EPROM должно было быть специальное окошечко сверху для пропускания ультрафиолетовых лучей, необходимых для перепрограммирования, каждый корпус стоил больше 10 дол.) В результате усилий Фридриха общая себестоимость устройства упала ниже 30 дол., хотя продавалось оно по 100 дол.
Как только устройство было запущено в производство, Мур, Нойс и Гроув поняли, что имеют дело с победителем. Однако были еще два фактора, которые сделали технологию EPROM даже более успешной, чем можно было себе представить. Во-первых, приблизительно в то же самое время Intel вышла на рынок с микропроцессором. Всякий раз, когда потребитель разрабатывал новый продукт, использующий интеллект микропроцессора (такой, например, как калькулятор Busicom, который стал движущей силой первоначального проекта), ему требовалась постоянная память, чтобы хранить программу, управляющую процессором. При работе над прототипом лучше было иметь EPROM, а не стандартную память, так как в этом случае ошибки можно было устранять немедленно. Intel ожидала, что пос * завершения работы над прототипом потребитель снова вернется к более дешевой базовой ROM для заказа в промышленных объемах. Но, к радости коммерческих агентов фирмы, потребители повели себя иначе. Привыкнув к удобству, позволяющему заносить данные в EPROM за считанные минуты, они не хотели возвращаться назад. Инженеры тех компаний, которым Intel продавала свои устройства, могли обосновать покупку более дорогих чипов тем, что это позволит им выйти на рынок с новым продуктом значительно быстрее, а также оперативно вносить улучшения в имеющиеся продукты. Конечно, это стоило дороже, чем использование стандартной ROM. Однако новые чипы часто входили в состав высокотехнологичных продуктов, за которые конечные потребители и без этого платили дорого, так что дополнительная стоимость была незаметна.
Но EPROM стал хитом не только из-за высокого спроса; свою роль сыграл и второй фактор. Трюк Фридриха с "выгуливанием" всех новых схем был прекрасной коммерческой тайной: даже самый опытный инженер, пытающийся создать второй источник, не догадался бы, что надо сделать для улучшения работы устройства. Поэтому, когда конкуренты Intel пытались создать копии 1702а, они не могли добиться экономически приемлемого выхода годных устройств. В результате Intel сохраняла монополию на EPROM около двух лет. Явление, которое случайно открыл Дов Фроман, пытаясь выяснить причину неполадок другого устройства, принесло Intel десятки миллионов долларов. В 1971 году объем продаж Intel составлял 9 млн. дол.; во многом благодаря устройству Фромана и успеху Фридриха, сделавшего его годным к производству, эта цифра в 1973 году выросла до 66 млн. дол.
Поток денег в связи с успехом EPROM подстраховывал Intel от неприятностей. Поэтому неудивительно, что, когда появилась возможность расширить ассортимент и заняться потребительскими продуктами, Совет директоров с энтузиазмом поддержал предложение Нойса и Мура о новом бизнесе. Речь шла о цифровых часах; Intel хотела совместить достижения в области только что появившихся на рынке дисплеев на жидких кристаллах со своим опытом производства и сборки чипов. Идея оказалась удачной, и в июле 1972 года Intel купила начинающую компанию по цифровым часам Microma. Intel планировала в области потребительских часов осуществить то же самое, что только что сделала в области компьютерной памяти: войти в бизнес в момент великих технологических изменений и через несколько лет занять большую долю рынка, что невозможно в периоды стабильности. Залогом уверенности Intel в том, что она сможет этого добиться, служил годовой отчет компании за 1973 год, предсказывающий, что в течение семи лет цифровые часы будут давать одну треть всего годового объема продаж часов, составляющего 300 млн. штук. Для этого требовалось выполнить два условия. Продажная цена часов с жидкокристаллическими дисплеями, в тот момент превышающая 100 дол., должна была упасть приблизительно до 30 дол. А на смену стандартным светоизлучающим диодам, являющимся основой лидирующей тогда техно-' логии, должны были прийти жидкокристаллические дисплеи, показывающие время постоянно, без нажатия кнопки.
Вскоре после приобретения Microma, которое Intel профинансировала, выпустив около 70 тыс. новых акций, Лес Вадаж вызвал в свой кабинет Джо Фридриха и предложил ему новую должность в награду за EPROM. Фридриху предлагалось перейти в Microma и возглавить группу инженеров, разрабатывающих чипы для ядра нового поколения цифровых часов. Работы велись в Купертино, где у Microma было отдельное производство. Таким образом, Фридрих по-прежнему мог поддерживать отношения с приятелями по Intel, работая в дружеском окружении, в то время как головная компания становилась более крупной и обезличенной.
От такого предложения вряд ли можно было отказаться. В конце 1972 года Фридрих с радостью перешел в Microma, полный оптимизма и веры в будущее.
