«Примерно в то же время, когда Никита Хрущёв заявил о поддержке строительства Зеленограда, из Пенсильвании после года обучения вернулся один советский студент, Борис Малин. Борис привёз с собой небольшое устройство — SN-51 от Texas Instruments. Это была одна из первых интегральных схем, которые начали продаваться в США. С виду худощавый мужчина с тёмными волосами и глубоко посаженными глазами, Малин являлся одним из ведущих экспертов СССР в области разработки полупроводниковых устройств. Он видел себя как учёного, а не шпиона. В то же время Александр Шокин, занимавший пост председателя Госкомитета СССР по электронной технике (ГКЭТ), считал, что Советский Союз должен любыми средствами заполучить SN-51. Шокин пригласил Малина и группу других инженеров в свой кабинет, положил микросхему под микроскоп и начал разглядывать. «Скопируйте её, — скомандовал он. — Один в один, без каких-либо отличий. Даю три месяца».
— Отрывок из главы 8 книги Криса Миллера «Война чипов: борьба за самую важную технологию в мире».
В 1961 году Fairchild Semiconductor запатентовала технологию изготовления интегральных микросхем, ставшую революционной для индустрии электроники. Суть этой технологии, которая называлась «планарной»,* в том, что структура микросхемы сначала изображается в виде набора рисунков (топологий), которые затем последовательно переносятся на полупроводниковый кристалл с помощью физических и химических процессов (фотолитография и пр.).
*В математике планарность описывает свойство геометрического объекта (графа), который можно отобразить на плоскость без пересечения его линий (рёбер).
Основным преимуществом планарной технологии, благодаря которому она глубоко вошла в сферу полупроводниковой электроники, стала возможность её использования в качестве метода массового производства деталей с минимальным отклонением характеристик от спецификаций.
В октябре 1961 года компания Texas Instruments объявила о завершении разработки планарных микросхем SN51X на базе РЕТЛ (резисторно-ёмкостной транзисторной логики), а в 1962 начала их массовое производство. Линейка SN51xz стала усовершенствованной версией предыдущей линейки SN50x, вышедшей ранее в том же году. Она обеспечивала большую мощность (для фанаута) и скорость, которая была в 10 раз выше. Изначально TI выпустила шесть моделей микросхем: от SN510 до SN515. Чипы SN51X первой серии продавались дороже $400 (на современные деньги это где-то $4100).
И именно эти шесть моделей скопировали инженеры СССР. Разработкой советской планарной технологии под руководством Бориса Малина занимался отдел №5, сформированный при НИИ-35, позднее ставшим НПП «Пульсар». Но одно дело изучить и воспроизвести архитектуру, и совсем другое — понять саму технологию производства микросхемы, чтобы сохранить качество и надёжность продукта. Анализ технологического цикла реализации планарной технологии (более 300 операций) показал, что всё нужно осваивать с нуля. Над решение�� этой задачи работала команда из 250 человек — это были сотрудники отдела №5 и созданной при нём экспериментальной лаборатории.
Повторение американских технологий было эффективным методом так называемого «реверс-инжиниринга». После разгерметизации и вскрытия образца инженеры под микроскопом анализировали структуру функциональных областей, детально изучая планарную схему подключения транзисторов и резисторов. Полученные результаты воспроизводились в форме черновых эскизов и технологической документации.
При разработке планарной технологии основное внимание уделялось освоению промышленных методов литографии с высоким оптическим разрешением. Важную роль также сыграли разработки отдела в направлении автоматизации планарной технологии и проектирования специального технологического оборудования. Благодаря им, были созданы автоматизированные установки для обработки кремниевых пластин (очистка, нанесение фоторезиста, конвейерное окисление и так далее), основанные на пневмоавтоматике. То есть это был не просто реверс-инжиниринг одного готового продукта (микросхемы), а воссоздание всего цикла его производства. Задачей учёных было не просто создать аналогичный чип SN51X, что было несложно, а «построить завод для их выпуска». И такая задача была уже на порядки сложнее.
На организацию производства прототипов сотрудникам НИИ потребовалось три года (с 1962 по 1965). В 1967 году началась подготовка к его запуску в стенах «Опытно-показательного завода полупроводниковых приборов специального назначения» (ОПЗПП), расположенном в подмосковном городе Фрязино. Однако по факту производство стартовало только в 1969 году.
Отечественные прототипы микросхем 110-й серии именовались от ИС110 до ИС160 с шагом в один десяток. В таблице ниже они перечислены в первом столбце под графой «110-я серия».
Серийные же продукты получили другие названия: 1TK10X, 1ЛБ10X и 1ИЛ101 — второй столбец.
В середине 70-х маркировка советских микросхем изменилась. С того времени три цифры серии начали размещать в начале, сопровождая их буквами и числами, указывавшими на функциональность чипа (третий столбец).
TI | Описание | 110-я серия | ||
SN510 | Триггер с импульсно-потенциальным управлением | ИС110 | 1ТК101 | 110ТК1 |
SN511 | Триггер с импульсно-потенциальным управлением и эмиттерными повторителями на выходах 8 и 9 | ИС120 | 1ТК102 | 110ТК2 |
SN512 | Логический элемент 6И-НЕ (ИЛИ-НЕ) | ИС130 | 1ЛБ101 | 110ЛБ1 |
SN513 | Логический элемент 6И-НЕ (ИЛИ-НЕ) с эмиттерным повторителем на выходе 9 | ИС140 | 1ЛБ105 | 110ЛБ5 |
SN514 | Два логических элемента 3И-НЕ (ИЛИ-НЕ) | ИС150 | 1ЛБ109 | 110ЛБ9 |
SN515 | Полусумматор | ИС160 | 1ИЛ101 | 110ИЛ1 |
ИС160А1
Первые микросхемы 110-й серии имели стеклянные прямоугольные корпуса с десятью выводами. Позднее число выводов увеличили до 14.
Спустя какое-то время после выпуска первых шести моделей, TI расширила серию SN51, выпустив ещё десять модификаций. Но в 110-й серии советские инженеры воспроизвели лишь три из них.
Деталь TI | Описание | Серия 1 | Серия 2 | Серия 3 |
SN516 | Два логических элемента 2И-НЕ (ИЛИ-НЕ) с инвертором/буфером | ИС153 | 1ЛБ1010 | 110ЛБ10 |
SN517 | Тактовый драйвер | |||
SN518 | Моностабильный мультивибратор | |||
SN5191 | Импульсный логический элемент «Исключающее ИЛИ» | |||
SN5101 | RS-триггер с двумя предустановками | |||
SN5111 | RS-триггер с эмиттерным повторителем на выходе и двумя предустановками | |||
SN5112 | Счётный триггер (Vcc = 3 — 6 В) | |||
SN5113 | Счётный триггер (Vcc = 4 — 6 В) | |||
SN5161 | Три логических элемента 2И-НЕ (ИЛИ-НЕ) | ИС132 | 1ЛБ1013 | 110ЛБ13 |
SN5162 | Три логических элемента 2И-НЕ (ИЛИ-НЕ) с эмиттерным повторителем на выходе | ИС142 | 1ЛБ1014 | 110ЛБ14 |
ИС142А1
Изначально микросхемы выпускались с индексами A1, A2, B1 и B2, которые позднее стали А, Б, В и Г. A и Б означали диапазон рабочих температур от -60 до +70 °C, а В и Г — диапазон от -10 до +50 °C. Микросхемы с индексами А и В отличались более высокой допустимой нагрузкой в сравнении с чипами, обозначенными Б и Г.
В 110-й серии также были микросхемы, не имевшие аналогов в серии SN51.
Описание | Серия 1 | Серия 2 | Серия 3 |
Логический элемент 3И-НЕ (ИЛИ-НЕ) | ИС133 | 1ЛБ102 | 110ЛБ2 |
Логический элемент 4И-НЕ (ИЛИ-НЕ) | ИС134 | 1ЛБ103 | 110ЛБ3 |
Логический элемент 5 И-НЕ (ИЛИ-НЕ) | ИС135 | 1ЛБ104 | 110ЛБ4 |
Логический элемент 3И-НЕ (ИЛИ-НЕ) с эмиттерным повторителем на выходе 9 | ИС143 | 1ЛБ106 | 110ЛБ6 |
Логический элемент 4И-НЕ (ИЛИ-НЕ) с эмиттерным повторителем на выходе 9 | ИС144 | 1ЛБ107 | 110ЛБ7 |
Логический элемент 5И-НЕ (ИЛИ-НЕ) с эмиттерным повторителем на выходе 9 | ИС145 | 1ЛБ108 | 110ЛБ8 |
Два логических элемента 2И-НЕ (ИЛИ-НЕ) | ИС154 | 1ЛБ1011 | 110ЛБ11 |
Логический элемент 2И-НЕ (ИЛИ-НЕ) и 3И-НЕ (ИЛИ-НЕ) | ИС155 | 1ЛБ1012 | 110ЛБ12 |
Инвертор | 1ЛН101 | 110ЛН1 | |
Инвертор с эмиттерным повторителем на выходе 9 | 1ЛН102 | 110ЛН2 | |
Два инвертора | 1ЛН103 | 110ЛН3 |
Несколько примеров:
Выпускались эти микросхемы вплоть до 1991 года, хотя ещё в 1970 некоторые заводы СССР освоили производство чипов на основе ТТЛ (транзисторно-транзисторная логика), обладавших более широкими возможностями для применения. Возможно, выпуск этих микросхем продолжался бы и дальше, но наступила «Перестройка», СССР развалился, и завод во Фрязино оказался под угрозой банкротства.
110ИЛ1А
Микросхемы 110-й серии, выпускавшиеся в 80-х и начале 90-х, до сих пор можно встретить в прайс-листах российских компаний, торгующих электроникой. Странно, но продаются они по цене не менее $3 — $6. В отличие от более ранних моделей эти не представляют какую-либо коллекционную ценность. И неясно, где вообще могут использоваться микросхемы, разработанные 60 лет назад.
Приведённые в статье фотографии чипов взяты из коллекции автора (Vlad) и из архивов CPU Shack (образцы TI).
