Fórum

Bell Labs - Laboratóriá, ktoré zmenili svet

Bell Labs - Laboratóriá, ktoré zmenili svet
Elektrolab Pridal  Elektrolab
  91 zobrazení
3
 0
História elektroniky

História počítačov má mnohých hrdinov, vizionárov a priekopníkov. Informačné technológie v posledných dekádach celkom pretvorili svet a či už šlo o výsledok snahy geniálnych jednotlivcov, precíznych vedeckých inštitúcií alebo odvážnych komerčných firiem, vždy sa nájde v súkolesí času niekoľko žiarivých periel, ktoré skrátka zasvietia o niečo viac než všetky ostatné.

V rámci nich sa do histórie zapísal tučnými písmenami aj príbeh o tom, ako jedna gigantická korporácia, nazvaná jednoducho Americká telefónna a telegrafická spoločnosť (skrátene AT&T), sponzorovala v priebehu rokov 1920 až 1980 špičkový výskum v mnohých oblastiach vedy, vrátane informatiky, fyziky a astronómie a výraznou mierou sa podieľala na technologickom napredovaní celého ľudstva.

Ide o príbeh Bellových laboratórií, fungujúcich ako samostatná odnož AT&T, ktoré v čase svojho vrcholu zamestnávali viac ako 15 000 ľudí. Medzi nich patrili aj tie najbrilantnejšie mozgy planéty a Bell Labs sa tak stali prestížnym centrom vedy, v ktorom vznikali revolučné technológie meniace svet. Šlo predovšetkým o jeden z najväčších vynálezov 20. storočia – tranzistor, za ktorým nasledoval napríklad laser, operačný systém Unix či programovacie jazyky C a C++.

Pracovníci laboratórií si odniesli Nobelove ceny z oblasti fyziky (napr. za objavy vlnovej povahy hmoty, detegovanie kozmického mikrovlnného pozadia, objav zlomkového kvantového Hallovho javu) či chémie (materiály a postupy v rámci superrozlišovacej mikroskopie) a získali mnoho ďalších významných ocenení (napr. Turingove ceny udeľované za veľký prínos v odbore informatiky). Počas svojej histórie Bellove laboratóriá vygenerovali viac ako 28 000 patentov a hrali významnú rolu v rámci komunikačnej a digitálnej revolúcie 20. storočia. Podieľali sa nielen na vývoji dnešných sietí, optických systémov a spracovaní digitálneho signálu, ale aj na vývoji komunikačných satelitov, káblového a mobilného telefonovania, šifrovania a mnohých iných technológií, bez ktorých si dnes už ani nevieme predstaviť život.

Zástup vedcov pri dverách svojich laboratórií spojených koridorom v rámci budovy Bell Labs

Zrod továrne na nápady

Mnoho desaťročí predtým, než sa do miest neskoršie známych ako Silicon Valley začali sťahovať významné osobnosti počítačovej revolúcie, sa najlepšie mozgy z týchto a mnohých iných odborov združovali v komplexe budov na adrese 463 West Street ostrova Manhattan v centre New Yorku. Táto adresa bola hlavným domovom Bell Labs takmer dve desaťročia, než sa postavila nástupnícka budova v New Jersey (v oblasti Murray Hill). Vo svojom čase šlo o najväčšie industriálne vývojové centrum nielen v USA, ale z hľadiska rozsahu špičkového vývoja zrejme aj na celom svete.

Alexander Graham Bell

Bellove laboratóriá, ktoré obsahujú meno veľkého vynálezcu Alexandra Grahama Bella, vznikli ako samostatná entita v roku 1925. Inštitúcia ako taká, siahajúca až k svojmu stvoriteľovi, je však v podstate ešte takmer o polstoročie staršia. V roku 1880 francúzska vláda udelila Bellovi cenu za jeho revolučný vynález – telefón, ktorá sa viazala k finančnej odmene 50 000 frankov (na dnešné pomery zhruba 250 000 eur).

Bell vďaka tejto sume vo Washingtone založil svoje výskumné laboratórium a aj keď ho nazval ako Volta Laboratory, v mnohých ohľadoch bolo známe neprekvapivo ako laboratórium Alexandra Grahama Bella. Laboratórium slúžilo ako podpora jeho telefónnej spoločnosti Bell Telephone, ktorú založil o rok skôr, pričom sa sústreďovalo najmä na pokrok v oblasti analýzy, nahrávania a prenosu zvuku, v snahe zlepšiť primitívne telefónne systémy danej doby.

V nasledujúcich rokoch firma Bell Telephone založila svoju dcérsku spoločnosť AT&T (American Telephone and Telegraph), ktorá sa mala zaoberať budovaním káblového medzimestského telefónneho spojenia a zároveň odkúpila väčšinový podiel vo firme na výrobu elektronického vybavenia Western Electric. V priebehu nasledujúcich rokov 1885 až 1892 už úspešne vybudovala telefónne siete siahajúce od New Yorku až po Chicago a pokrývala tak zhruba jednu tretinu USA.

Šlo o prvú masovú formu rýchlej komunikácie na veľkú diaľku. Dnes si už len ťažko vieme predstaviť, čo na konci 19. a začiatku 20. storočia telefónne spojenie znamenalo. Dovtedy zaužívané telegrafné spojenie, zložené z krátkych a dlhých pípnutí, začala nahrádzať technológia, ktorá naprieč celým kontinentom či svetom dokázala okamžite preniesť rozpoznateľný hlas druhej osoby. To bola skoro až mágia a táto technológia v danej dobe vyvolávala podobný úžas, aký by dnes vyvolal teleport, schopný v sekunde preniesť fyzickú osobu do iného kúta sveta.

Bell Labs boli vo svojom čase najväčším vývojovým centrom na celom svete

Aj keď Bellov patent na telefón vypršal v roku 1894, vďaka obrovskému náskoku si spoločnosť Bell Telephone (so svojimi dcérskymi spoločnosťami Western Electric a AT&T) postupne vytvorila v USA monopol. S narastajúcim vplyvom sa však dostala v domácom štáte Massachusetts do problémov, pretože dané korporátne zákony zakazovali presiahnutie 10 miliónovej trhovej hodnoty. Situáciu firma vyriešila tak, že jej dcérska spoločnosť AT&T, ktorá operovala z New Yorku (kde podobné obmedzenia neplatili) väčšinu aktív Bell Telephone prevzala a stala sa tak novou materskou spoločnosťou, pod ktorú Bell Telephone aj Western Electric patrili. Nárast významu spoločnosti tak naďalej pokračoval a v roku 1915 Alexander Graham Bell mohol uskutočniť prvý telefónny hovor naprieč celými USA, konkrétne z New Yorku do San Francisca (prvé medzikontinentálne rádiové spojenie z USA do Európy bolo sprevádzkované v roku 1927).

Hlavnou úlohou AT&T na prelome 19. a 20. storočia bolo budovanie telefonických liniek naprieč USA. Nebolo to ľahké a z dôvodu nevyspelostí technológii boli mestá preplnené káblami. Vľavo Pratt v Kansese v roku 1911, vpravo New York v roku 1903. Jednou z hlavných úloh novovzniknutého Bell Labs tak bol vyvoj efektívnych spojení  rôznych pokročilých prepínačov.

Medené káble natiahnuté naprieč kontinentmi a neprestajne zvyšujúci sa počet hovorov vytváral obrovské technické výzvy. Prenos signálu a jeho zosilňovanie si vyžadovalo pokrok v chápaní mnohých fyzikálnych javov a teórie informácie. Počas 20. rokov 20. storočia si AT&T a jeho dcérske spoločnosti Bell Telephone a Western Electric začali dobre uvedomovať, že ich prekonanie si bude vyžadovať značný pokrok vo vede, ktorý v danom smere nikto organizovane nerobí.

Rozhodli sa preto financovať obrovské vývojové laboratórium, ktoré by sa týmto smerom vydalo. V roku 1925 tak vznikli Bellove telefónne laboratóriá, neskôr označované jednoduchšie ako Bellove laboratóriá či Bell Labs. Táto inštitúcia pri svojom vzniku zhltla 4000 vedeckých pracovníkov z rôznych odborov, ktorých cieľom bolo rozšírenie ľudských vedeckých znalostí z oblasti fyziky a matematiky (čo bolo dôležité pre technológie spracovania informácií a prenosu signálu), chémie a metalurgie (dôležité pre výskum používaných materiálov na budovanie sietí) a iných odborov. Na úvod dostala ročný rozpočet 12 miliónov dolárov, ktoré z dnešného pohľadu zodpovedajú 160 miliónom.

Bell Labs sa významne podieľalo aj na vývoji vysokofrekvenčných radarov. To viedlo najskôr k detekcii rádiového žiarenia z centra galaxií, čo naštartovalo odbor rádioastronómie a neskôr aj k odhaleniu kozmického mikrovlnného pozadia zanechaného Veľkým treskom pri zrodení nášho vesmíru

Tento nezviazaný výskum v roku 1934 doplnilo špecializované oddelenie výskumu a vývoja, ktoré bolo integrované do Bell Labs ako samostatná časť, starajúca sa o preklenutie priepasti medzi čistokrvným vedeckým výskumom a reálnymi technológiami a produktmi. Šlo prakticky o podobné oddelenie, aké sú dnes bežné v rámci technologických firiem (berú súčasné vedecké poznanie a aplikujú ho v rámci vývoja technológií) s tým rozdielom, že Bellove laboratóriá si pokrok vo vede sprostredkovávali v nemalej miere sami. Behom prvých rokov bol dosiahnutý taký obrovský pokrok v mnohých smeroch, že laboratóriá dostali časom prezývky ako „Idea Factory“ (továreň na nápady) či „Crown Jewel“ (korunný klenot).

Cesta k zázraku s menom tranzistor

Tranzistor je základným kameňom modernej éry počítačov. Či už ide o notebooky, smartfóny, či smarthodinky, milióny a miliardy týchto súčiastok nájdete v každom CPU, GPU, pamäťovom čipe RAM, pamäťových NAND flash čipoch SSD, USB kľúčoch a pamäťových kartách a takisto v každom jednom obrazovom pixeli LCD panelu. Tranzistor je pre počítače to, čo pre ľudské telo bunka. Na konci 19. a začiatku 20. storočia však nič také ako tranzistor neexistovalo.

Hlavným problémom, ktorým sa v tom čase inžinieri AT&T zaoberali, bolo hľadanie metód uskutočňovania telefónnych hovorov na čoraz väčšiu diaľku. Vedelo sa, že medený drôt je omnoho lepší nosič signálu, ako železný a z éry telegrafov sa takisto vedelo, že použitie cievok v nich dosah signálu výrazne zosilní. S narastajúcou vzdialenosťou spojenia sa však nedalo zabrániť tomu, že prenášaný zvukový signál hlasu postupne slabol, až sa napokon úplne vytratil. Prielomom sa stalo použitie opakovačov v podobe mechanických zosilňovačov, ktoré fungovali ako medzičlánok a na trase zvukový signál zachytili a zosilnený zopakovali. Problémom bolo, že takýchto mechanických opakovačov ste mohli na trase použiť len niekoľko, pretože postupom času sa pri opakovaní pridávali ruchy a napokon sa stal signál celkom nezreteľný. Použiteľná bola maximálna vzdialenosť zhruba 2700 km.

Tvorcovia prvého tranzistora: John Bardeen, Walter Brattain, a William Shockley (dole)

Zosilňovače bolo nutné zlepšiť, pričom riešením sa stali vákuové trubice, u nás označované ako elektrónky, ktoré vynašiel v roku 1904 John Fleming. Elektrónky sa však na začiatku 20. storočia používali v rámci komunikačných obvodov hlavne ako usmerňovače. Ideu použiť ich ako zosilňovače dotiahol do konca až Harold Arnold, vo vývojovom oddelení AT&T v roku 1912, ktorý vytvoril vysoko vákuové trubice bez zvyškových plynov a úspešne ich použil v roku 1913 ako opakovače na diaľkovej kabeláži spoločnosti. Ich zlepšený dizajn následne umožnil v roku 1915 dokončenie spojenia východného a západného pobrežia a Alexander Bell mohol uskutočniť svoj hovor na vzdialenosť viac ako 4000 km (medený kábel nieslo na túto vzdialenosť 130 000 drevených stĺpikov). Zákazníci následne mohli uskutočniť takýto trojminútový hovor za sumu, ktorá je po započítaní inflácie ekvivalentná 400 eurám. Vákuové trubice, respektíve elektrónky, sa stali zázrakom vtedajšej doby.

Pokrok v ich vývoji umožnil po prvej svetovej vojne zrod alebo pokročilý vývoj rôznych technológií. Okrem usmerňovačov a zosilňovačov umožňovali aj zmenu striedavého prúdu na jednosmerný, čím sa stali kľúčovým komponentom pre vývoj rádia, televízie a radaru a bolo ich možné použiť aj ako jednoduché prepínače, ktoré umožňovali zapnúť a vypnúť tok elektrického prúdu, čo je esenciálny prvok potrebný pre fungovanie digitálnych počítačov.

Hlavným problémom bolo, že elektrónky boli veľmi náročné na výrobu a drahé. Na svoju prevádzku pri tom spotrebovávali značnú dávku elektrického prúdu, ktorý premieňali na množstvo odpadového tepla. Často dlho nevydržali a kazili sa ako na bežiacom páse.

Mervin Kelly, nadaný fyzik, ktorý v roku 1925 prešiel z Western Electric do novosformovaných Bellových laboratórií vedel, že pre AT&T sú spoľahlivé elektrónky mimoriadne dôležité. V Bell Labs pôsobil ako šéf vývoja (neskôr v 50. rokoch prešiel na pozíciu riaditeľa) a v priebehu 20. a 30. rokov sa mu spoločne s kolegami podarilo ich konštrukciu vylepšiť natoľko, že sa životnosť zvýšila z 1000 na 80 000 hodín.

Kelly si dobre uvedomoval, že celý problém sa v budúcnosti znova vynorí a bude ešte pálčivejší. Už na začiatku 30. rokov sprostredkovávalo AT&T viac ako 70 miliónov telefónnych hovorov denne a bolo nepochybné, že čísla budú naďalej raketovo stúpať. Spolu s tým bude ohromne narastať komplexnosť celého systému a jeho štrukturálna integrita bude čoraz dôležitejšia. Kelly v priebehu 30. rokov najímal do Bell Labs špičkových inžinierov a vedcov z mnohých odvetví.

Dnes je ťažké si uvedomiť, aké množstvo technológií bolo nutné riešiť. Tak napríklad dnes samozrejmú vec, že pri snahe o nadviazanie hovoru telefón zazvoní a počká na zdvihnutie, bolo nutné navrhnúť a vytvoriť. Na začiatku telefónnej éry ľudia jednoducho kričali do slúchadla „haló“ či „ahoj“, kým im na druhej strane niekto neodpovedal. Neexistovali žiadne vyzváňacie tóny ani vytáčanie čísiel. Všetky hovory bolo nutné prepojiť. Všetko pritom fungovalo na nespoľahlivej kabeláži, ktorá viedla naprieč opustenými oblasťami medzi mestami a následne v preplnených mestách kade tade. Celé tímy chemikov Bell Labs pracovali na vodičoch, dlhodobejšie odolných proti atmosférickým vplyvom a snažili sa pri tom priniesť čo najvyššie zlacnenie, aby bolo možné sieť ďalej rozširovať. Ďalšie tímy riešili problémy v súvislosti s echom, oneskorením signálu, jeho spätnou slučkou, zosilnením či rušením, ktoré na veľkých diaľkach vznikalo.

Životnosť elektrónok a ich malá prepínacia rýchlosť a naopak vyššia rýchlosť, ale nízka životnosť mechanických prepínačov (z dôvodu opotrebovania mechanických častí), viedla k tomu, že v roku 1937 navrhol Kelly jednému z talentovaných fyzikov zo svojho tímu, Williamovi Shockleymu, či by nezačal pracovať na riešení, pri ktorom by zosilňovač a prepínač fungovali na čisto nemechanickom princípe, prostredníctvom elektrických pulzov.

Podľa Kellyho by tak bol vyriešený problém s nízkou životnosťou a navyše by prepínač mohol fungovať veľmi rýchlo a mohol by nahradiť aj elektrónky. Shockley bol z návrhu nadšený a v hlave mu začali víriť rôzne nápady, ako by to mohol dokázať. Začal jednoduchým skopírovaním elektrónky, ktorá naoko pripomínala bežnú žiarovku. Z tej sa prakticky aj vyvinula, pričom šlo o hermeticky uzavretú sklenenú trubicu, obsahujúcu vlákno, ku ktorej sa pridala ďalšia elektróda v podobe anódy a mriežky. Z trubice sa odsal vzduch (z toho aj anglický názov vákuová trubica) a zariadenie spínaním elektród mohlo fungovať ako usmerňovač aj zosilňovač.

William Shockley, John Bardeen a Walter Brattain pracujú na prvom tranzistore

Ako sme už uviedli, elektrónky mali veľké problémy so životnosťou a okrem toho ich bolo aj finančne náročné vyrábať. Shockley si uvedomil, že niektoré špecializované materiály, známe pod označením polovodiče, by mohli trubice potenciálne nahradiť. Jedným z nich bol materiál germánium, pričom Shockley navrhol princíp, ako by takéto zariadenie mohlo pracovať. Uvedomil si, že by malo byť možné ovplyvniť elektróny blízkeho polovodiča pomocou elektrického poľa vytvoreného zvonku. Ak by sa to podarilo, šlo by takýmto spôsobom vytvoriť zosilňovač bez limitácií elektrónky.

Shockley bol však teoretický fyzik a k experimentu potreboval pomoc. Prizval si teda k sebe kolegu Waltera Brattaina, skúseného experimentálneho fyzika, pracujúceho o pár dverí ďalej. Navrhol mu pri tom zostrojenie usmerňovača z germánia a medi, ktorý by potenciálne mohol fungovať aj ako zosilňovač. Brattain sa však nápadu len zasmial a povedal, že podobné dizajny už skúšal s kolegami, ale nikdy nefungovali. Shockley bol však neústupný a Brattain sa napokon podvolil a prototyp pre neho postavil. Bol začiatok roku 1940 a v laboratóriách Bell Labs Brattain a Shockley spustili svoj nový výtvor. Ako Brattain predpokladal, zariadenie nefungovalo. Shockley sa však nechcel vzdať a začal premýšľať, prečo tomu tak je, pretože po teoretickej stránke malo byť všetko v poriadku. Bolo nepochybné, že do procesu vstupuje nejaký nový a zatiaľ neznámy jav.

Do jeho myšlienok však napokon vtrhla celkom iná udalosť. V Európe totiž vojská nacistického Nemecka napadli Poľsko, Belgicko, Holandsko a Francúzsko a onedlho sa nezviazaný vývoj celého Bell Labs efektívne zastavil a zameral sa na vývoj technológií potrebných pre americkú armádu a jej spojencov. Malo to však aj svoje svetlé stránky, pretože do Bellových laboratórií či výrobných závodov Western Electric dorazili v nasledujúcich rokoch vládne finančné injekcie v objeme stoviek miliónov vtedajších dolárov (dnes ekvivalentné miliardám eur). Výskum sa pritom venoval predovšetkým zlepšovaniu radarových detekčných technológií.

Časová os prelomových vynálezov Bell Labs (pre zväčšenie kliknite na obrázok)

Celkom nová vec na svete

Shockley a Brattain sa počas vojny venovali výskumu v súvislosti s detekciou ponoriek na základe magnetických anomálií, avšak ihneď po jej skončení sa vrátili k svojmu projektu polovodičového zosilňovača. Mohli pri tom ťažiť z mnohých prác, ktoré sa počas vojny udiali. Aj keď polovodičové materiály začali byť používané vo veľkej miere (napríklad v rámci radarov), ich fyzikálny princíp nebol stále pochopený.

Už tesne pred vojnou sa mnoho chemikov a metalurgov zaoberalo polovodičmi, predovšetkým kremíkom a germániom, pričom boli fascinovaní ich unikátnymi vlastnosťami, vyplývajúcimi z ich atómovej štruktúry (netreba zabudnúť, že prevratné objavy jadra atómu a sformovanie kvantovej teórie boli vtedy záležitosťou len posledných dvoch dekád). Kým u vodičov, ako je napríklad meď, sú elektróny atómov voľné a môžu sa medzi jednotlivými atómami voľne pohybovať, u izolantov, akým je napríklad guma, sú atómové orbitály plné a elektróny zostávajú na svojich miestach. Pri polovodičoch, ktoré stoja niekde na pomedzí, bolo všetko inak.

Na rozdiel od vodičov sa so stúpaním teploty ich vodivosť zvyšovala a navyše mali schopnosť prepustiť prúd len jedným smerom, vďaka čomu dokázali prevádzať striedavý prúd na jednosmerný, čo malo pre AT&T veľký význam (prevod signálu z vodiča do telefónneho slúchadla). Mnoho pokroku v používaní polovodičov sa však dosahovalo len neefektívnou metódou pokus-omyl. Po vojne Bellovo laboratórium výrazne zvýšilo výskum v tejto oblasti, v snahe fyzikálnym princípom polovodičov skutočne porozumieť, čo mohlo priniesť kľúč k ich kontrole.

Prvý tranzistor na svete. Tento experimentálny prototyp je veľký zhruba ako dlaň

Stojaté vody napokon rozhýbal nadaný fyzik John Bardeen, ktorý v roku 1946 odvodil, že zariadenia nefungujú preto, že úplne posledné atómy na povrchu polovodiča sa správajú odlišne, ako tie „vo vnútri“. Elektróny sú v nich uväznené a vytvárajú akúsi bariéru, kvôli čomu blízke externé elektrické pole do polovodiča neprenikne. Laicky sa to dá nepresne predstaviť ako „škrupinka“ na hladine vody, vyvolaná povrchovým napätím, vďaka ktorej na hladine dokáže kráčať napríklad hmyz.

Bardeen začal s Shockleym a Brattainom spolupracovať a spoločne sa začali podrobne venovať štúdiu týchto povrchových stavov, v snahe porozumieť im a odstrániť problém, ktorý spôsobovali. Hurikán nápadov troch fyzikov pokračoval v priebehu celého roku 1947, výsledkom čoho bolo niekoľko teoretických prác, ktoré Bardeen a Shockleym publikovali vo vedeckých žurnáloch. Brattain sa ako experimentálny fyzik pri tom venoval aplikovaniu poznatkov a ich testovaniu v materiáloch. John Bardeen s Walterom Brattainom si napokon uvedomili, že by ich mohlo dopredu posunúť používanie elektrolytu.

Na polovodič v podobe germánia umiestnili elektrolyt, teda vodivý roztok, ktorým bola pri prvom experimente kvapka destilovanej vody. Cez kvapku prestrčili izolovaný drôt vodiča, ktorý sa dotkol germánia a bol pri tom tienený od kontaktu s vodou (v ich prípade voskom). Následne sa pridal ďalší drôt, tentoraz neizolovaného vodiča, ktorý sa dotkol vody aj germánia. Potenciál na elektrolyte ovplyvnil tok prúdu v polovodiči a prototyp zosilňovača začal fungovať. Zosilňovací efekt bol neveľký a voda sa navyše rýchlo vyparila, ale šlo o kľúč k pochopeniu problému správania elektrónov na povrchu materiálov (dnes sa označujú aj ako Shockleyho stavy, ktorý ich teoreticky popísal).

K prielomu vo vývoji tranzistora došlo 16. decembra 1947, keď Brattain navrhol špecifickú metódu nahradenia elektrolytu tak, že vodiče ponoril do tenkých roztavených plošiniek zlata

Bardeen a Brattain sa pokúsili použiť vhodnejší elektrolyt a destilovanú vodu nahradili zmesou glykolu a bóru, ktorá sa nevyparovala. S ňou však zariadenie nedokázalo spraviť viac ako 8 cyklov za sekundu, čo bolo veľmi pomalé. Každý nový pokus a úprava však vedcov posúval ďalej. K prielomu došlo 16. decembra 1947, keď Brattain navrhol špecifickú metódu nahradenia elektrolytu tak, že vodiče ponoril do tenkých roztavených plošiniek zlata. Výsledný efekt zosilnenia, ktoré zariadenie vykonalo, všetkých šokoval a naplnil radosťou. Toho dňa sa zrodil prvý funkčný tranzistor.

V predvianočný deň, 23. decembra 1947, Walter Brattain, John Bardeen a William Shockley predviedli zariadenie kolegom a manažmentu Bell Labs. Všetci si boli veľmi dobre vedomí, na aký prielom sa pozerajú. V základe šlo totiž o viac než len o nemechanický zosilňovač, prepínač a náhradu za elektrónky. Šlo o skutočné otvorenie nemechanickej éry a ako poznamenal viceprezident výskumu Ralph Bown, „na svete prakticky pribudla celkom nová vec“.

Jedným z prvým počítačov s tranzistormi bol IBM 7090

Ihneď na začiatku roku 1948, keď sa začal pripravoval patent, potrebovala táto nová vec aj meno. Prirodzeným kandidátom sa zdala označenie trióda, pretože mechanizmus pozostával z troch základných častí (dva kontakty a základňa), čo však bolo podobné ako elektrónka (ktorá mala katódu, anódu a mriežku), pre ktorú sa označenie trióda takisto často hovorovo používalo. Nakoniec došlo na hlasovanie, pričom niekoľko desiatok technikov dostalo na výber medzi označeniami ako polovodičová trióda, povrchovo-stavová trióda, iotatron a napokon tranzistor, ktorý vznikol zložením slov transkonduktancia, transfer a varistor. Inžinierom a fyzikom sa napokon najviac zapáčila posledná možnosť.

Po vybavení všetkých náležitostí bol tranzistor oznámený a predvedený odbornej i laickej verejnosti na konferencii v lete 1948. Takýmto postupom Bell Labs dosiahli toho, že projekt nedostal štatút vojenského tajomstva a mohol byť ďalej vyvíjaný inými vedeckými inštitúciami bez obmedzení. Vývoj tranzistorov sa z čisto vedeckého oddelenia presunul aj do oddelenia dizajnu a vývoja, ktoré funkčný princíp prevtelilo do zariadenia vhodného na výrobu a používanie. Výsledkom bol tranzistor schopný osadenia do obvodov, ktorý bol veľký ako kovový konček šnúrky do topánok. V nasledujúcich rokoch Bell Lab usporiadalo niekoľko predvádzacích akcií na univerzitách a vedeckých stretnutiach, čím sa povedomie o technológií tranzistorov šírilo ďalej.

Tlač a bežná verejnosť chápala úspešné zostrojenie tranzistora len málo a významné periodikum New York Times mu venovalo len štyri vety

Tlač a bežná verejnosť chápala význam zostrojenia tejto súčiastky len málo a napríklad významné periodikum New York Times venovalo oznámeniu štyri vety na 46. strane v sekcii „Novinky z oblasti rádiotechniky“. Vedecká sféra a elektroinžinieri si však význam tranzistora veľmi dobre uvedomovali, a to už len z hľadiska priameho nahradenia elektrónok. Koniec koncov, ENIAC, ktorý bol postavený v roku 1946 a bol považovaný za prvý moderný elektronický počítač, používal 17 000 elektrónok, pričom k poruche niektorej z nich došlo v priemere každé dva dni (chybnú elektrónku sa často podarilo lokalizovať aj za viac ako 15 minút)

Telstar, prvý telekomunikačný satelit na svete postavený v Bell Labs v roku 1960 (na obežnú dráhu vynesený v roku 1962)

O výrobu tranzistorov sa sprvu staral Western Electric (ktorý bol rovnako ako Bell Labs dcérskou spoločnosťou AT&T). Komerčne bol tranzistor dostupný od roku 1951, pričom AT&T ho začala používať vo svojom telefónnom vybavení a infraštruktúre. Bell Labs začali usporiadať niekoľkodenné konferencie pre vedcov a inžinierov z celého sveta, ktorí sa o technológiu tranzistorov zaujímali, pričom im ponúkalo semináre s vysvetľovaním teoretických princípov stojacich za ich funkčnosťou.

Na začiatku 50. rokov stála licencia na výrobu tranzistorov 25 000 dolárov, čo zodpovedá dnešnému desaťnásobku tejto sumy, avšak o záujem nebola núdza. Výnimkou boli firmy vyrábajúce načúvacie prístroje pre sluchovo postihnutých, ktoré dostávali licenciu zdarma. Šlo o pokračovanie prístupu zakladateľa firmy Alexandra Grahama Bella (zomrel v roku 1922), ktorý bol prácou s ľuďmi so sluchovým postihnutím známy a venoval jej značnú časť svojho života.

Nová éra prichádza

Mervin Kelly sa v roku 1951, keď z pozície vedúceho vývoja prešiel na post riaditeľa Bell Labs, vyjadril, že s tranzistorom začína celkom nová éra telekomunikácie, avšak nikto ešte presne nevie, aká veľká bude. Naznačil pri tom, že síce sa tak nestane zrejme ešte v danej dekáde, ale takmer určite tranzistor zmení elektronický priemysel od základu behom nasledujúcich 20 a viac rokov. Jeho slová neboli vôbec bláznivé a naopak boli prorocké. Prvé plne tranzistorové AM rádio vyrobila firma Texas Instruments v roku 1952 (i keď výkon bol ešte vtedy mierne pod elektrónkovými ekvivalentmi).

Prvý experimentálny počítač používajúci tranzistory postavila už v roku 1953 Manchesterská univerzita, avšak prvé komerčné modely boli z dielne IBM, pričom šlo o IBM 7070 v roku 1958. Vývoj tranzistorov v Bell Labs neprestajne pokračoval a na svet sa dostalo niekoľko typov líšiacich sa konštrukciou a materiálmi. Už od roku 1950 sa teoretizovalo o tom, že tranzistory bude možné lacnejšie a lepšie vyrábať z kremíka, než z germánia, avšak úspech sa dostavil až v roku 1954, keď Morris Tanenbaum vytvoril v Bellových laboratóriách prvý kremíkový tranzistor.

Moderná konštrukčná schéma tranzistora, ktorá sa používa v dnešných počítačoch (MOSFET – poľom riadený tranzistor z kremíka, oxidu kremíka a kovu) a je ju možné zmenšovať do súčasných nanometrových rozmerov, vznikla v Bellových laboratóriách v roku 1959, kde ju vyvinul Dawon Kahng a Martin Atalla. V tom čase však bola táto konštrukcia z dôvodu nízkeho stavu materiálového vývoja považovaná za neefektívnu (bola príliš pomalá) a nevhodnú pre telefónne, televízne a rádiové systémy, takže dostali prednosť iné typy tranzistorov.

Prvé MOSFET tranzistory od Fairchild semiconductor

Pôvodná trojica autorov tranzistora, Walter Brattain, John Bardeen a William Shockley, bola v roku 1956 poctená Nobelovou cenou za fyziku. Brattain a Bardeen zostali v Bell Labs aj naďalej, pričom druhý menovaný neskôr sformoval s kolegami významnú BCS teóriu o supravodivosti. John Bardeen je tak dodnes jediným človekom v histórii, ktorý získal dve Nobelove ceny za fyziku (jednu za tranzistor a druhú v roku 1972 práve za supravodivosť).

Prvé integrované obvody z MOSFET tranzistorov. Obvod je v popredí držaný pinzetou a za ním je jeho zväčšená fotografia

William Shockley z Bell Labs odišiel v roku 1956. Z New Jersey odletel na opačný koniec USA, na západné pobrežie, kde sa v kalifornskom mestečku Palo Alto začal starať o svoju chorú matku. Neďaleko Mountain View následne založil firmu/laboratórium nazvanú Shockley Semiconductor, čo bola vôbec prvá inštitúcia na vývoj tranzistorov v rámci kremíkových polovodičov v týchto končinách. Shockley tak efektívne naštartoval to, čo dnes nazývame Silicon Valley. Do laboratória sa snažil pretiahnuť iných expertov z Bell labs, avšak to sa mu nepodarilo. Nikto sa z centra špičkového vývoja na východe nechcel sťahovať do „zapadákova“ v Mountain View na západe.

Shockley tak napokon najal tím mladých a nadšených vedcov a inžinierov, ktorých do vývoja tranzistorov plne zasvätil. V priebehu nasledujúceho roku sa pokúšal s nimi zároveň vyvíjať štvorvrstvovú diódu (na rozdiel od trojvrstvového tranzistora), o ktorej sa domnieval, že má väčší potenciál, avšak jeho nepríjemná a často paranoidná povaha nakoniec tých najnadanejších vedcov a inžinierov zo spoločnosti vyhnala.

Šlo o ôsmich ľudí (Julius Blank, Victor Grinich, Jean Hoerni, Eugene Kleiner, Jay Last, Gordon Moore, Robert Noyce a Sheldon Roberts), ktorých Shockley označil za „zradcovskú osmičku“. V roku 1957 totiž od neho odišli a neďaleko založili vlastnú firmu nazvanú Fairchild Semiconductor, ktorá sa v 60. rokoch stala významným vývojárom polovodičov. Starala sa predovšetkým o rozvoj MOSFET tranzistorov, ktoré v roku 1959 vyvinuli Bell Labs, pretože sa ukázalo, že sú mimoriadne vhodné pre integrované obvody.

Dvaja zo zradcovskej osmičky, Gordon Moore a Robert Noyce, opustili Fairchild v roku 1968 a založili firmu Intel. V priebehu 60. a 70. rokov vzniklo až 65 firiem, ktoré založili ľudia štartujúci svoju kariéru v Shockleyho laboratóriu a definitívne tak Silikónovému údoliu dali jeho meno.

Prvé funkčné solárne panely na svete vznikli v Bell Labs v roku 1954

Bell Labs dnes

Azda len márne budete hľadať inštitúciu, ktorá sa viac podpísala na modernej ére telekomunikácií ako Bell labs. V článku sme sa venovali najmä udalostiam okolo tranzistora, ktorý je bezpochyby najväčším vynálezom Bell Labs v histórii, avšak laboratórium bolo také produktívne, že ide skutočne len o povestný vrchol ľadovca. Na výskume Bell Labs sú založené dnešné moderné optické siete, solárne panely, komunikačné satelity a mnoho ďalšieho. Základný prehľad o rozsahu produktivity vám poskytne stručná infografika.

Bell Labs funguje dodnes, i keď postupom času menilo majiteľov, stojacich za jeho financovaním. Jeho vlastníkovi AT&T sa darilo udržať nevídaný monopol viac ako polstoročie (ktorý bol dlhodobo považovaný za prirodzený a tolerovaný, najmä z dôvodu zabránenia stavania zbytočných duplicitných káblových telefónnych spojení po mestách a celých USA), avšak v roku 1982 napokon definitívne podľahlo tlaku amerického Ministerstva spravodlivosti a nasledoval jeho nútený rozpad na menšie nezávislé spoločnosti.

Bjarne Stroustrup, vedúci programovej divízie Bell Labs, tvorca programovacieho jazyka C++

Výrobňa Western Electric sa spolu s Bell Labs stala firmou AT&T Technologies, ktorá sa v roku 1996 transformovala na Lucent Technologies. O desať rokov neskôr sa pri tom zlúčila s francúzskou firmou Alcatel a vytvorila novú firmu Alcatel-Lucent. Bell Labs celý čas fungovali ako jej samostatná vývojová a výskumná divízia, i keď už v značne menšom rozsahu ako v rokoch 1925 až 1982.

Na začiatku roku 2015 sa začalo hovoriť o tom, že o telekomunikačnú spoločnosť Alcatel-Lucent má výrazný záujem ďalší telekomunikačný gigant, ktorým je fínska Nokia. O spoločnosti Nokia má mnoho bežných používateľov zaujímajúcich sa o mobilné telefóny skreslené predstavy a mnohí majú dodnes hmlistú predstavu o tom, že Nokiu v roku 2013 odkúpil Microsoft, čo je úplný nezmysel. Microsoft odkúpil v roku 2013 za 7,17 miliardy dolárov len jednu z jej divízií, konkrétne tú, zaoberajúcu sa mobilnými telefónmi, ktorá však bola len časťou obrovského telekomunikačného biznisu. Nokia, či presnejšie Nokia Group, sa dnes zameriava predovšetkým na budovanie objemných telekomunikačných infraštruktúr. Prevzatie Alcatel-Lucent jej má pomôcť v boji s jej hlavnými konkurentmi na tomto trhu, ktorými sú švédsky Ericsson a čínsky Huawei. Nokia odkúpila majoritný (80 %) podiel Alcatel-Lucent napokon 15. apríla 2015 za 15,6 miliardy dolárov. Spoločne s Alcatel-Lucent tak prešli pod správu Nokie aj Bell Labs. Obe tak dnes figurujú ako jej dcérske spoločnosti.

Zdroj : touchit.sk



Páčil sa Vám článok? Pridajte k nemu hodnotenie
 

     

Komentáre k článku

Zatiaľ nebol pridaný žiadny komentár. Pridáte prvý? Za obsah komentárov je zodpovedný užívateľ, nie prevádzkovateľ týchto stránok.
Pre komentovanie sa musíte prihlásiť.
Webwiki ButtonSeo servis Diallix.net VN-Experimenty Hatiar.eu