Il transistor aveva risolto il problema delle valvole, ma ne aveva creato un altro. Un circuito complesso richiedeva migliaia di transistor, resistenze e condensatori, tutti da collegare a mano con fili saldati. Più il circuito cresceva, più aumentavano costi, ingombro e probabilità di un collegamento difettoso. Gli ingegneri chiamavano questo problema la «tirannia dei numeri». La soluzione fu costruire l'intero circuito in un unico pezzo di materiale.
Jack Kilby e il germanio
Nell'estate del 1958 Jack Kilby, appena assunto da Texas Instruments, rimase quasi solo in laboratorio durante le ferie aziendali, alle quali non aveva ancora diritto. Ebbe il tempo di riflettere su un'idea: se transistor, resistenze e condensatori si potevano realizzare tutti con lo stesso materiale semiconduttore, perché non fabbricarli insieme su un'unica piastrina?
Il 12 settembre 1958 Kilby dimostrò un oscillatore realizzato su un pezzo di germanio. I componenti erano ricavati nel cristallo stesso, ma i collegamenti tra loro erano ancora fili d'oro sottilissimi, saldati sopra la piastrina. Era rudimentale, ma funzionava: era il primo circuito integrato.
Robert Noyce e il silicio planare
Pochi mesi dopo, nel 1959, Robert Noyce, uno dei fondatori di Fairchild Semiconductor, concepì una versione diversa e più pratica. Si basava su una tecnica appena sviluppata in Fairchild da Jean Hoerni, il processo planare.
Che cos'è il processo planare
Nel processo planare la superficie del silicio viene ricoperta da uno strato protettivo di ossido. Con tecniche fotografiche si aprono finestre nell'ossido in punti precisi, e attraverso queste si introducono le impurità che formano le diverse zone dei transistor. La superficie resta piatta e protetta.
L'intuizione di Noyce fu che, su questa superficie piatta, i collegamenti potevano essere realizzati depositando uno strato sottile di metallo, anch'esso definito con tecniche fotografiche. Niente più fili saldati a mano: componenti e collegamenti venivano prodotti tutti insieme, con lo stesso procedimento.
Due inventori
| Kilby (TI) | Noyce (Fairchild) | |
|---|---|---|
| Anno | 1958 | 1959 |
| Materiale | Germanio | Silicio |
| Collegamenti | Fili d'oro saldati | Metallo depositato sulla superficie |
| Producibilità | Bassa | Adatta alla produzione in serie |
Seguirono anni di contenziosi sui brevetti, poi risolti con accordi di licenza incrociata. Oggi entrambi sono riconosciuti come inventori del circuito integrato. Kilby ricevette il premio Nobel per la fisica nel 2000; Noyce era morto nel 1990 e il Nobel non viene assegnato postumo.
I primi utilizzi
All'inizio i circuiti integrati erano costosi e i principali clienti furono i programmi militari e spaziali, dove peso e affidabilità contavano più del prezzo. L'Apollo Guidance Computer, il calcolatore di bordo delle missioni lunari, fu costruito con circuiti integrati. Questa domanda contribuì a far crescere la produzione e a ridurre i costi, aprendo la strada agli usi civili.
Gordon Moore e l'articolo del 1965
Nel 1965 Gordon Moore, allora direttore della ricerca di Fairchild, ricevette dalla rivista Electronics la richiesta di un articolo sul futuro dei componenti elettronici. Il testo, pubblicato il 19 aprile 1965, si intitolava Cramming more components onto integrated circuits.
Che cosa disse davvero
Moore osservò che il numero di componenti per circuito integrato, considerando il punto di costo minimo per componente, era raddoppiato circa ogni anno. Previde che la tendenza sarebbe continuata almeno per un decennio. Nel 1975 rivide la stima, indicando un raddoppio circa ogni due anni.
Su questa «legge» vale la pena chiarire alcuni punti:
- Non è una legge fisica. È un'osservazione empirica su una tendenza industriale, che l'industria stessa ha poi usato come obiettivo di pianificazione.
- Riguarda la densità e il costo, non direttamente la velocità dei processori, anche se per decenni le due cose sono andate di pari passo.
- Ha un fondamento economico. Moore parlava del numero di componenti che conveniva integrare, non del massimo tecnicamente possibile.
Intel
Nel 1968 Noyce e Moore lasciarono Fairchild e fondarono Intel, con l'obiettivo di produrre memorie a semiconduttore. Pochi anni dopo Intel avrebbe prodotto il primo microprocessore commerciale. La storia del circuito integrato e quella del personal computer sono da quel momento la stessa storia.
Perché ci riguarda ancora
Chi lavora con sistemi informatici vive le conseguenze di questa tendenza ogni giorno. Il costo della memoria e della potenza di calcolo è sceso di molti ordini di grandezza, permettendo scelte di progettazione impensabili in passato, come conservare tutto invece di cancellare o calcolare al momento invece di memorizzare. Negli ultimi anni, però, la crescita della densità è diventata più costosa e più lenta, e i guadagni di prestazioni arrivano sempre più spesso da architetture specializzate e da elaborazione parallela piuttosto che dalla sola miniaturizzazione.
In sintesi
- Il circuito integrato risolse la «tirannia dei numeri» realizzando componenti e collegamenti su un'unica piastrina.
- Jack Kilby dimostrò il primo circuito integrato in germanio nel settembre 1958; Robert Noyce concepì nel 1959 la versione in silicio con processo planare.
- Nel 1965 Gordon Moore osservò un raddoppio annuale dei componenti per chip, poi rivisto nel 1975 a circa due anni.
- La legge di Moore è un'osservazione economica e industriale, non una legge della fisica.
