開發第一款在太空中使用的IC
時間:2022-01-23瀏覽次數:1283
Jack Kilby在發明集成電路(IC)兩年后不久,被提升為公司剛起步的半導體實驗室的負責人。那是1961年,他即將簽署三個備受矚目的合同,而且每個合同都不簡單。
他接受重任,分別為民兵導彈制導系統和美國空軍計算機系統開發定制集成電路。第三個項目特別具有挑戰性,歸屬于美國國家航空航天局(NASA),Jack很清楚他希望由誰來負責這個項目。
Charles“Bob”Cook是一位年輕但才華橫溢的工程師,他擅長解決半導體問題。Jack親自挑選Bob擔任NASA項目的首席工程師,他的決定將改變未來幾代人的太空探索。
“我認為我能做到,因為當我看到這項挑戰時,從數學方面分析,這看起來是可能的,”Bob說。
上天攬月
NASA通過即將進行的阿波羅載人飛行任務把目光投向了月球。為了取得成功,需要提高計算能力并減輕模塊的重量。為此,航天局已經開始將分立晶體管電路換成集成電路。Jack之前向NASA提供了我們的第一款商用集成電路TI SN502,價格約為450美元。但NASA需要一個替代方案,要求能夠在同樣的空間里提供更多的動力和更高的速度。
SN514是第一個環繞地球運行的集成電路(照片由Industrial Alchemy提供)
Jack面臨嚴峻的挑戰:設計一系列數字邏輯集成電路來取代SN502,以SN502十分之一的功率實現比SN502高10倍的速度,從而幫助NASA達到提高計算機功能和減輕重量的目標,而且NASA希望在10個月內完成。
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當時IC行業的業務并不穩定。盡管許多人認為這是一項偉大的事業,但集成電路在早期也遭遇過許多波折。生產收益率極低,而且很小的業務量給大規模生產制造了巨大障礙。但Patrick Haggerty(TI的聯合創始人之一)和Jack認為這是可以實現的。
他們是對的。
“那時候,我們的大部分業務來自國防類合同,他們都想要更小更輕便的器件,”當時在公司工作的TI退休員工Max Post說。“Haggerty對集成電路充滿信心,認為它會帶來重大影響。IC被證明是減小這些系統尺寸和減少重量的最重要進展。”
為未來的發展奠定基礎
Bob一周工作六天,每天早出晚歸,再加上星期天做完禮拜之后的時間,這一切都是為了趕上最后期限。他來到生產線上,仔細挑選每一片晶圓,以便獲得提高良品率。大約有50%的芯片可以使用,所以他用鑷子單獨檢查被篩選掉的芯片,了解通過哪些調整可以提高良品率。
“我們做了兩件以前從未做過的事情,”現年88歲、住在佛羅里達州西棕櫚灘的Bob說。“我們找到了一種把兩個晶體管放在一個芯片上的方法,我們在硅的表面涂上氧化物,這樣就能夠在上面放上導體來連接晶體管。”
51系列集成電路家族就這樣誕生了。
Bob Cook拿著1961年11月期《財富》雜志,封面上印有51系列芯片。
51系列還出現在1961年11月期《財富》雜志封面上,它是一組基于電阻-電容-晶體管技術的六位數字邏輯電路,功耗更低,采用較小的扁平封裝。公司率先提供了一組完整、兼容的邏輯電路,為現代計算奠定了基礎,并引入了“系列”這一術語。在大約三年的時間里,51、52、53和54系列品牌迅速獲得了業界的認可。SN5400是一款用于國防無線電的軍用級四通道雙輸入與非門,至今仍在出售。
“我告訴Jack,我們可以在芯片上放更多東西,然后裝配起來,這樣它就能用于許多其他應用,”Bob說。“另外兩份合同最終采用了51系列流程,從而使他們的項目能夠順利完成。由于我們開發出這款器件,所以成功地把他從三項令人頭疼的工作中解救出來。”
圍繞系列51所做的工作為我們公司今天銷售的多款產品奠定了基礎,并最終推動了所有實現數字化的IC技術的發展。
“可以肯定地說,我們現在使用的99%的應用——從便宜的兒童玩具到家用電器,到個人電子產品,再到工廠自動化和控制,可能都包含某種邏輯門電路,”公司的邏輯產品市場營銷和應用經理Michael Shultis說。“由于51系列和54系列的成功研發,今天的邏輯半導體市場已呈爆炸式增長。”
“我只是在做我的工作”
1963年感恩節過后不久,在沒有大張旗鼓的情況下,NASA發射了行星際監測平臺的第一顆衛星Explorer 18。這顆衛星收集了有關太空輻射的數據,以支持即將開始的阿波羅任務。
Bob Cook拿著SN502,這是Jack Kilby為感謝他在51系列中所做的工作而贈送的。
從表面上看,這次發射似乎很普通。但對于空間電子學的未來,這次發射卻是非同尋常的:機載Optical Aspect Computer的核心是一對51系列IC,是由Bob和他的團隊在公司設計的SN510和SN514,它們是率先環繞地球運行的集成電路。“我當時并不知道,但我認為它們用在什么地方是由其所有者決定的,”Bob回憶說,他不知道他的IC將是第一個進入太空的。“我從來不知道我的工作成果會用于什么系統。我只是在做分內的工作。
Bob是在Explorer 18發射前不久離開TI的。他輝煌卓越的職業生涯長達45年,于2002年從Siemens退休。他擁有22項專利,其中一項是在安全氣囊成為汽車標準之前的安全氣囊傳感器專利。當NASA收到51系列時,他們把Jack原來的微芯片SN502送回了TI。Jack把它送給Bob作為對他工作的“感謝”。Bob一直保留至今。
“我的生活一直都很好,并且在我的職業生涯中,最初的想法也都收到很好的成效,”Bob說。“在TI,我學會了解決半導體問題,這是我之后職業生涯的核心。我很幸運地擁有一種天賦,并且我有機會利用它。Jack和我關系非常好,我們一起做了很多有意義的事情。同他合作是我職業生涯的一大亮點。”
永遠不會太晚
1958年秋天,時年26歲的佐治亞理工學院研究生Charles“Bob”Cook注意到無線電工程師協會(現在稱為電氣電子工程師協會)刊物中的一則招聘廣告:TI正在尋找碩士畢業生來從事應用工作。
幾周后,Bob在校園里接受了為期兩天的緊張面試。在交談中,他向面試官展示了他的論文,其中重點討論了使用42個晶體管的電機三相調制器。委員會對他的原創作品印象深刻,他們繞過了公司只招聘具有高學歷應聘者的政策,當場向他發放了錄用通知書。
“我的論文尚需潤色和完善,但我已經完成了足夠多的內容,所以他們知道我的項目的情況,”Bob說。“他們告訴我,我的工作已經達到了碩士水平,他們向我發放了錄用通知書,并希望我盡快加入他們公司。”
他實際上從未完成他的論文。當他在進入TI之前最初提交論文時,佐治亞理工學院英語系因語法和拼寫錯誤而否定了該論文。盡管如此,Bob還是開創了45年非凡的工程師職業生涯,于2002年從西門子退休。
2020年初,Bob的兒子Charles Jr.聯系了佐治亞理工學院,詢問他們是否會考慮根據Bob的職業成就授予他碩士學位。2020年10月,佐治亞理工學院通過線上儀式授予Bob碩士學位。