Глава 441 - Транзистор
[Эра Божественных Откровений, 3277 год (весна)]
Столица Великого Ся, Научно-исследовательский институт вычислительной техники.
Утро ранней весны встретило город колкой прохладой. На деревьях вдоль улиц едва-едва пробивались первые робкие почки, а в подземном машинном зале вычислителя «Шэньсуань-III» уже кипела адская работа.
Десятки массивных индустриальных вентиляторов в человеческий рост бешено гудели, пытаясь выгнать жару из лабиринта чёрных металлических шкафов. Раскалённый воздух шёл волнами: десятки тысяч радиоламп излучали сжигающий зной. Никакая принудительная вентиляция, даже работая на пределе возможного, не спасала от духоты. Инженеры в тонких, пропитанных потом робах неустанно снували между стойками. Они толкали перед собой деревянные тележки, нагруженные запасными радиолампами и предохранителями, лавируя в узких проходах, словно в замкнутом лабиринте.
Щёлк!
Сухой тонкий звон лопнувшего стекла отозвался в головах присутствующих тревожным импульсом.
В тот же миг над третьим рядом стоек забилась в истерике красная сигнальная лампа. Считыватель, только что мерно проглатывавший перфоленту, поперхнулся и замер.
— Седьмой массив, третий шкаф! Опять две лампы сгорели! — выкрикнул исследователь, подбежав к стойке. Напряжение на циферблатах скакало. На лице инженера читалась глубокая, беспросветная усталость.
Он с досадой выхватил журнал наблюдений и размашисто перечеркнул страницу крест-накрест.
— Главный пульт, обесточить седьмой массив! Вся калькуляция орбитальных уравнений — насмарку! Остановка. Готовьтесь к замене элементов, затем снова в очередь на просчёт.
За сегодняшний день это был уже четвёртый внеплановый сбой.
Потребности Великого Ся в аэродинамических расчётах, моделировании сверхзвуковых продувок и вычислениях траекторий многоступенчатых ракет росли по экспоненте. Практически всё бремя вычислительной мощности страны легло на этот подземный центр. Вторая модель вычислителя безнадёжно отставала по скорости, а производство третьей продвигалось медленно — пока удалось собрать лишь единственный экземпляр.
В итоге расписание вычислителя «Шэньсуань-III» было забито Плановым комитетом института на полгода вперёд.
Гоняясь за производительностью, габариты машины раздували три года подряд. Начиналось всё с нескольких тысяч радиоламп, а теперь их число перевалило за чудовищные двадцать три тысячи. Но с ростом масштабов учёные столкнулись с непреодолимой физической стеной — классической инженерной проклятой проблемой, известной как «тирания цифр».
Принцип работы вакуумной лампы прост: вольфрамовая нить накаливания разогревается и испускает поток электронов внутри откачанной стеклянной колбы. Но это обрекает элемент на недолговечность. Как и обычная лампочка накаливания, она способна перегореть или разгерметизироваться в любой момент.
Когда одновременно работают более двадцати тысяч ламп, даже если заводы Великого Ся удерживают брак на нереальном уровне в одну десятитысячную, огромный монстр ежедневно теряет от десятка до нескольких десятков элементов в случайном порядке.
А вычислительная машина требует абсолютной последовательной логики. Стоит сгореть хотя бы одной ключевой лампе, как программа, выполнявшаяся на протяжении десятков часов, мгновенно рушится. Данные превращаются в прах, и всё приходится начинать сначала.
— Размеры машины, её энергопотребление и система водяного охлаждения упёрлись в пределы этого здания, — вздохнул директор Института вычислительной техники Шэнь Пин, сжимая в ладони стеклянную колбочку с почерневшим нутром.
Ощущая её обжигающий пыл, он устало потёр переносицу.
— В Управлении аэронавтики и космонавтики додумались до дикой идеи: требуют уменьшить вычислитель до таких размеров, чтобы его можно было впихнуть внутрь ракеты! Но взгляните на нашего исполина… Один только питающий трансформатор высотой с двухэтажный дом.
Шэнь Пин прекрасно понимал: двигаясь по пути откачанных стеклянных трубок и раскалённых нитей, вычислительная мощность Великого Ся уткнулась в глухую стену. Чтобы вырваться из плена хрупких, прожорливых и громоздких элементов, требовался принципиально иной переключатель — без нити накала и без стеклянной оболочки.
Но легко сказать — найти такой переключатель казалось неподъёмной задачей.
Шанс появился лишь через полмесяца, во время междисциплинарной конференции, организованной Академией наук Великого Ся.
***
Академия наук Великого Ся, Палата материаловедения, Лаборатория полупроводников.
По сравнению с гудящим машинным залом институтов вычислительной техники здесь царили тишина и безупречный порядок. В воздухе витал лёгкий запах химических реактивов и кислотных растворов. Несколько молодых учёных в белых халатах дежурили возле специального кварцевого тигля, проводили очистку и тесты на проводимость над образцами минералов, доставленных из самых отдалённых рудников.
С расцветом электромагнетизма физическое сообщество Великого Ся условно разделило материю на два лагеря:
Проводники (медь, железо, золото, серебро) с морем свободных электронов внутри;
Изоляторы (резина, керамика, сухое дерево), практически не проводящие ток.
Однако в ходе недавних опытов по тонкой очистке высокопрецизионных материалов исследователи обратили внимание на странные элементы из середины Периодической таблицы.
— Директор Шэнь, взгляните вот на это, — произнёс доктор материаловедения Лин Хуа, передавая гостю пухлый отчёт с данными.
Затем он указал на обеспыленный лабораторный стол, где покоились два продолговатых кристалла с серо-чёрным металлическим блеском.
— Это германий, прошедший зоны перекристаллизации и очищенный десятки раз. А вот это — кремний. Их чистота достигает колоссальных «девяти девяток». В чистом состоянии при комнатной температуре их атомы упакованы настолько плотно, что ковалентные связи нерасторжимы. Проводимость у них никудышная, они работают практически как изоляторы. Но стоит нам слегка повысить температуру или осветить их… А главное — стоит нам искусственно, в ничтожных дозах «посадить» в эти кристаллы другие элементы, вроде фосфора или бора…
Лин Хуа сделал паузу, видя, как заблестели глаза собеседника.
— Их внутренняя структура ломается! Фосфор даёт лишний свободный электрон, а бор, напротив, забирает его, оставляя «дырку», жаждущую заполнения. И это микроскопическое вмешательство меняет проводимость материала в миллионы раз! Они перестают быть изоляторами, но и до хороших проводников им далеко. Они застряли посередине. Но самое главное — направление и силу проводимости мы теперь можем точнейшим образом контролировать с помощью легирования!
Доктор Лин Хуа озвучил физическое определение:
— Мы называем такие вещества полупроводниками .
Шэнь Пин нацепил толстые очки и пригляделся к невзрачным кристаллам. Как специалист по логическим операциям, он сразу уловил потенциал, хотя пока не понимал, как эта щепотка минерала закроет эпоху громоздких ламп.
— Потрясающее свойство, — пробормотал Шэнь Пин. — Но, доктор Лин, как сделать из этого переключатель?
Вместо долгих объяснений Лин Хуа повернулся и пинцетом извлёк из бархатного антистатического пенала крошечную деталь. Она была размером с горошину, впрессованная в чёрный карболитовый корпус. Снизу торчали три металлических вывода, толщиной едва превосходившие человеческий волос.
— Это экспериментальный образец. Мы собрали его, словно сэндвич, из слоёв полупроводников с разным типом легирования.
Лин Хуа подсоединил крошечную деталь к высокоточному измерительному контуру на столе. С двух сторон подходила цепь с источником питания и чувствительным гальванометром.
— Директор Шэнь, вы знаете лампы лучше всех. В стеклянном вакууме приходится раскалять катод до сотен градусов, чтобы выбить электроны, а затем слабым напряжением на сетке управлять мощным потоком к аноду. Это и есть основа всех вычислений.
Лин Хуа слегка повернул ручку малого реостата.
— Теперь мы выбросили вакуум, выбросили накал и выбросили стекло. Мы подаём то же самое — даже ещё более слабое — напряжение на средний «слой» этого полупроводникового сэндвича.
Он довернул ручку.
Шух!
Без малейшей задержки, без долгих минут прогрева, стрелка гальванометра мгновенно взмыла вверх! Изменение мизерного тока базы, пройдя сквозь твёрдый кристалл, легко переключило и усилило огромный ток коллектора!
Шэнь Пин смотрел на дрожащую стрелку, забыв дышать.
— Никакой нити накала… — прошептал он, дотрагиваясь до корпуса работающего элемента. — Он холодный! Никакого хрупкого вакуумного стекла, никаких труб с охлаждающей водой, никаких опасных сотен вольт! И эта горошина делает внутри твёрдого тела работу, для которой прежде требовались десятки тысяч стеклянных трубок?!
— Именно так, директор Шэнь, — кивнул Лин Хуа. — Внутри нет пустоты, там монолитная кристаллическая структура. Поэтому мы назвали эту вещь транзистором .
— Ха-ха-ха!
Шэнь Пин внезапно расхохотался — так громко и удерживая слёзы, что сотрудники вздрогнули. Главный специалист Великого Ся по вычислительной технике понимал лучше любого другого: эта маленькая чёрная капля изменила всё. Вычислители больше не будут гнить в подвалах от перегрева. Мощности не будут скованы проклятием сгорающих ламп.
И тот самый вопрос Управления аэронавтики — «можно ли запихнуть вычислитель в ракету?» — только что получил самый оглушительный и безупречный ответ.
Здесь, в лаборатории материаловедения, империя Великого Ся перешагнула закат вакуумных ламп и встретила ослепительный рассвет новой эры.