Электроника, Эвм, Железо

Хотя говорить так, в какой-то мере погрешить против истины. Несмотря на деление на КБ, НПО, отделы, лаборатории и даже участки, из-за малочисленности специалистов в отрасли на тот период, в Зеленограде не существовало полностью закрытых коллективов, а многие специалисты работали одновременно над несколькими проектами в разных отделах и лабораториях. Т.е. была создана мощнейшая кооперация и прозрачная среда кадров, все работали в конечном итоге на НПО "Научный центр".

* * *

И дальнейшая история была бы никогда не написана, если бы не случай.

А начиналась эта история, в КБ-2, когда после разноса Серова было принято решение о переделке электронных часов и переводе технологии их производства на микросборки. Часть того коллектива, что занимался этой проблемой в КБ-2 позже перешла в "ТС". Но этого было бы мало, если бы не случайно затесавшиеся в подборке и попавшиеся на глаза разработчикам документы по одной крайне интересной архитектуре. Вероятнее всего разработанной пленными, расстрелянными немцами, и категорический запрет на её реализацию: "Нечего тратить ресурсы на тупиковую ветку, нам партией и правительством намечен магистральный путь развития микроэлектроники, и это — проект "Содружество". А вас, товарищ Н-ский, вообще это касаться не должно, вам партия доверила улучшать характеристики полупроводниковых элементов интегральных схем, а не миниЭВМ из всяких книжек отвёрткой свинчивать. Оставьте отвёртки другим и не рыпайтесь".

А рыпнуться очень хотелось, особенно учитывая, что реализация от начала и до конца умещалась в 4000 элементов на процессор (Intersil 6100 РеИ) согласно модели основанной на описании архитектуры. Причём часть транзисторов от него можно было безболезненно "отрезать" доведя цифру до трёх — трёх с половиной тысяч, немного изменив описываемую архитектуру, убрав избыточные команды для работы с периферией. И весь остальной чипсет за счёт минимизации периферийных устройств, можно было уместить ещё в 3-4 тысячи транзисторов, включая ПЗУ знакогенератора для монитора Брука, но без учёта статической памяти, а описание архитектуры было полным и исчерпывающим. Более того, вместе с ассемблером был реализован даже компилятор языка Фортран для нереализованной архитектуры и даже целая фортран-среда.

Но шлейф тайны за всеми документами тянулся такой, что при первой попытке выяснить авторство разработки, поинтересовавшегося красиво выкинули из коллектива "на повышение", начальником целого отдела прямо из МНСов.

В то же время из технической стороны вопроса особой тайны не делали. В целях самообразования сотрудников вся документация по этой разработке, проходящая под грифом "ДСП", без каких либо вопросов спокойно выдавалась в библиотеке НПО "НЦ", включая распечатку компилятора и среды в машинных кодах.

А теперь, когда и надзор "лучше знающих" что надо, а что не надо полностью спал, у маленького коллектива заговорщиков, уже давно в инициативном порядке, втихаря на самом деле, и не смотря на запрет начальства, кроивших рубилит руки были развязаны полностью. И работа ускорилась.

Если ещё учесть, что по основному направлению весь 1960-й год работы у некоторых контрагентов только разворачивались, у других были налажены уже давно и все мероприятия были отработаны, как часы, а новых материалов для проведения экспериментов выделяли с гулькин нос, то времени у клуба заговорщиков было предостаточно. А тут вновь подфартило, по новому штату все отделы и лаборатории работающие над проблемами полупроводников в срочном порядке оснащались новыми координатографами и ЭВМ "Урал-2" для расчётов и управления технологическими установками, включая и упомянутый прибор. А в комплекте к оборудованию шло обязательство по составлению цифровой базы данных на все уже готовые микросхемы и их базовые блоки отдельно, а так же новые блоки различного назначения для проекта "Содружество", перечень которых составлял несколько печатных страниц, а предварительное описание ещё более тысячи, а на новые блоки устраивалось соц. соревнование с хорошими премиальными.

Требовалось сделать их максимально возможно миниатюрными, максимально возможно быстрыми с минимальным тепловыделением и приемлемой ценой в производстве. Предлагался новый язык "программирования" таких схем: ПОИСК (язык Простейшего Описания Интегральных Схем для Координатографа, немного схож по назначению с HPGL). Все блоки имели пометку срочности от единицы до двадцати восьми. То есть, сначала требовалось уделить внимание первостепенным, и лишь потом опускаться к 28-м в очереди. Причём участвовало в конкурсе именно двадцать восемь подразделений минимально освоивших технологию С10. Так, только на "Зеленоградском опытно-показательном заводе полупроводниковых приборов специального назначения" участвовали все восемь отделов по разработке п/п приборов. И у каждого из участников приоритеты были расставлены по-разному.

Но вернёмся к закваске истории. В период переделки проекта электронных часов "Спутник" из ИАЦ и ВИНИТИ пришёл целый пакет информации по идеям и технологиям микросборок, и одна из них оказалась невероятно удачной, и максимально нужной для реализации проекта, несмотря на то, что изначально её областью применения считалась СВЧ аппаратура.

Даже не обладая "самыми передовыми литографическими методами", от которых заговорщиков аккуратно отстранили, реализовать намеченный проект стало возможно. Благо, многие блоки, из представленного списка, можно было использовать по "двойному назначению".

Во-первых, решили скинуться. И делать проект за свои. Что бы позже не отхватить, за нерациональное использование средств лаборатории. А свои, как это ни странно — были, хорошая зарплата, от 300 рублей новыми, премии по десять — двадцать пять тысяч за те же часы, позволили создать электронщикам небольшой "золотой запас", и сейчас было решено направить его в дело.

Во-вторых, разобравшись с финансированием, закупили на "Лыткаринском заводе оптического стекла" партию сверхтонких поликоровых подложек 30х24х0,2 мм., и на имеющемся оборудовании начали творить (http://www.rts-engineering.ru/Plat/plArticle/plArticle17.html).

Благо, лаборатория обладала всем спектром потребного оборудования, включая и установку вакуумного напыления, входящую в комплект стандартной поставки на заводы МЭП, которую из цеха при "ТС" никто не забирал.

За основу предлагаемого проекта решили взять наработки по интегрально-инжекционной логике, которая позволяла увеличить интеграцию элементов, без взрывного роста ошибок литографии, снизить общее напряжение питания до 1,0 В, а следовательно и максимально уменьшить тепловыделение каждого отдельного кристалла. Всего ЭВМ (процессор + чипсет) был разбит на шестнадцать отдельных кристаллов со средней интеграцией в 250 — 500 элементов, что позволило с каждой 100 мм подложки получать в среднем 26 комплектов ИС, которые монтировались на шести из восьми слоях, причём нижняя поликоровая подложка в этом пироге отвечала за соединение с материнской платой.

На ней изначально располагались шестьдесят четыре шариковых контакта, а верхняя была покрыта толстым медным слоем и через теплоотводящие слои соединена с каждым из перевёрнутых кристаллов. Собиралась данная солянка послойно, а медные межслойные контакты сваривались лазером, точечным нагревом под давлением. Интегральные схемы на подложки монтировались методом перевёрнутого кристалла на столбиковые выводы.

После объединения всех подложек получился слоёный пирог толщиной практически шесть миллиметров. Из которых три миллиметра приходились на верхний медный теплоотвод и шариковые контакты нижней подложки.

В начале 1961-го года, после двух лет тайных работ в КБ-2 и года внутренних секретных, детище лаборатории "ТС" было практически готово и полностью оттестировано. Тестировали каждый кристалл отдельно, каждую готовую подложку отдельно, сборки подложек на каждой стадии. Последнее было уже проще, т.к. монтаж начинался с нижней и к контактам был удобный доступ. Последнюю проверку проводили уже над многосхемой в сборе, подавая сигналы на входы и снимая с выходов, для чего приспособили лабораторную ЭВМ "Урал-2".

Оставалось только выклянчить у Брука новый монитор на знакопечатающей ЭЛТ, и заказать клавиатуру в НПО "Прибор". На первом этапе ввод программ предполагалось осуществлять набирая вручную на клавиатуре или вводя код с перфолент. После получения недостающих "запчастей" останется только собрать устройство в красивый пластиковый корпус и предоставить взору Никиты свет Сергеевича, иначе бюрократы из "НЦ" засунут проект под сукно и не видать никому ни больших наград, ни отдачи от работы.

Но тут опять вмешался случай. В марте 1961-го года в продажу поступила электронная игрушка "Давайте жить дружно", которая пользовалась невероятной популярностью как у детей, так и у взрослых. Там на ЖК экране кот Леопольд ловил в корзинку куриные яйца, которые мыши, желая разбить, кидали в четыре наклонных желоба, по которым яйца скатывались вниз. Если игрок не успевал, яйцо падало и разбивалось.

Игрушка так увлекла молодой коллектив, что в апреле приход на работу с "Давайте жить дружно" согласно официальному приказу по лаборатории расценивался за прогул, несмотря на то, что сам её начальник практически перестал есть в обед, который теперь тратил на "усмирение нашкодивших мышей".

Вскоре, среди коллектива заговорщиков родилась грандиозная идея — перенести игру на создаваемую миниЭВМ и тут же разбилась о проблему. Компьютер изначально предполагался с использованием монитора со знакопечатающей ЭЛТ. Отсюда конечный продукт казался после проработки идеи программного кода жутким и невзрачным. В головах коллектива родилась идея! Создать микросхему для вывода изображения на новые цветные телевизоры стандарта SECAM. И новая увлекательная задача с головой захватила коллектив.

В период работы над видеоконтроллером, во весь рост встала проблема адресации памяти. В изначальном проекте предполагалась пятнадцатибитная адресация, таким образом общий объем памяти составлял 32768 12-тибитных слов-байтов на основную память и столько же подгружаемой памяти (control panel memory).

Разговоры о нежелательности "неправильных" архитектур и последующих проблем с адресацией памяти, теперь стали понятны разработчикам. Поэтому, было принято решение увеличить адресацию ещё на 3 бита, благо для этого не требовалось сильных преобразований (в РеИ в процессоре Harris 6120 адресация 15-ти битная, 3 дополнительных бита хранятся в специальных регистрах — Memory Extension Control Registers, к которым относятся: IF, ISF, IB, DF, DSF), доведя до 18-тибитной. Это позволило адресовать 256 килобайт оперативной памяти. Что в свою очередь, позволило реализовать одноцветный видеорежим с 16 степенями яркости 720 на 576 точек, что заняло 172800 байт памяти в режиме хранения 720 горизонтальных строк, 10 блоков по 72 строки. При этом на экране постоянно отображалось 8 блоков, для организации плавной прокрутки. В режиме шестибитной цветности при разрешении 720х576 точек, использовался весь 256 килобайтный объём подгружаемой памяти (https://yadi.sk/i/eDzwbntmhweqr), где каждый бит кодировал две смежных точки — пикселя.

И работа, занявшая чуть более восьми месяцев к концу 1961-го года была завершена. Благо в библиотеке НПО "НЦ", нашлись подсказки, а одна так стала просто невероятным подарком. Технология "Придержи и измени" (https://ru.wikipedia.org/wiki/Hold_and_modify), позволяла при небольшом усложнении видеоконтроллера отображать на экране уже 4096 цветов вместо 64-х, а так же использовать "альфа-канал", что и было реализовано.

Видеоконтроллер в свою очередь так же был реализован на четырёхслойном поликоровом бутерброде, и состоял из шести отдельных схем. Осталось решить вопрос с памятью. Если раньше предполагалось использовать память на плакированном проводе (ППП или 3П память) в компактном "твердотельном" накопителе, то теперь взоры лаборантов устремились в сторону динамической памяти, ППП больше не устраивала ни по скорости обращения, ни по требующемуся объёму при сопоставимой компактности.

Промышленностью в тот период широко применялась динамическая страничная память на базе 3-х транзисторных ячеек с длиной строки 8 бит, что не удовлетворяло потребностям разработчиков. В тот же момент для проекта "Содружество" предлагалось разработать модули динамической памяти с высоким быстродействием на базе уже разработанных ИС памяти на основе нового технологического процесса. Её, организацию памяти, и взяли за образец, полностью переработав под текущий, самый передовой И2Л технологический процесс по технологии 10 мкм. Так же, предполагая мероприятия по мощному теплоотводу, было принято решение о увеличении размеров кристаллов, для размещения наибольшего возможного количества транзисторов. Всего же на каждом кристалле площадью двадцать восемь квадратных миллиметров удалось разместить два стандартных "содружеских" полупроводниковых кристаллов 512х12, получив кристалл 1024х12 на 4 банка 256х12.

КВГ кристаллов на 1к слов составил 6,3%, основной же объем в 37,8% составляли кристаллы с одним битым блоком и содержащий 768 слов, ещё 17,1% составлял выход кристаллов с 2-мя неисправными блоками, на 512 слов, остальные 21,6% имели три битых банка и имели ёмкость в 256 слов.

Итого с одной пластины средний КВГ составил 48,6%. Что было не самым лучшим показателем для памяти, но позволяло сократить издержки на монтаже. В КБ Берга по самым последним данным на новом процессе общий выход памяти уже перевалил за 70% но на 162 мм. пластинах. Но лишними процентами, опять же, решено было пожертвовать для упрощения монтажа. По прикидкам то на то и выходило.

Но даже в этом случае монтаж двух блоков памяти "ТС" по 256 килобайт адресной ёмкости, требовал минимум 512 кристаллов по 1024 слова, или 683 кристаллов по 768 слов, уже тысячу по 512, а дальше лучше не считать. И вот тут технология микросборок в поликоровой многослойке с медным слоем радиатора пришлась как нельзя кстати. А через восьмислойный бутерброд — разводка становилась простым и необременительным занятием. Корпус такой сборки имел размеры 30х24х6 миллиметров при плотности поликора 3,96 г/см3, но вес имел 40 грамм за счёт омеднения поверхности для теплоотвода.

Всего таких сборок было 16 (8 сборок основной и 8 бутербродов подгружаемой памяти), и адресовались они тремя битами. Общий вес материнской платы давно превысил килограмм не только из-за веса модулей, но и за счёт дополнительных креплений, фактически первых в мире сокетов для напаянных волновой пайкой крупногабаритных элементов. Но советские килограммовые материнские платы всё равно пока ещё оставались самыми маленькими в мире, и имели размеры гетинаксовой основы 300 на 300 миллиметров.

Со временем, чем выше рос КВГ производимых БИС, тем менее выгодными становились такие сборки, из-за высокой доли ручного труда и сложного монтажа. А вот военных данная технология очень сильно заинтересовала, особенно пришлась по нраву механическая, электромагнитная и радиационная стойкость подобной корпусировки. Так же доработанная технология нашла себе широчайшее применение в радиолокации и вообще области СВЧ приборов.