У истоков интегральной электроники

Опубликовал: Лаврентьев Рудольф Николаевич
Автор: Р. Лашевский, В. Хавкин, Р. Лаврентьев

 

Электронная память

Кубы памяти КУБ-1М

Удивительной оказалась судьба интегральных ферритовых кубов памяти, которые были созданы коллективом под руководством двух американцев: Альфреда Саранта и Джоэла Барра, которых мы всю свою жизнь знали, как Филиппа Георгиевича Староса и Иозефа Вениаминовича Берга (Прыжок кита. Марк Гальперин).

Кубы памяти КУБ-1, 2 и 3 были освоены на девяти серийных заводах Электронной промышленности и других министерств, применялись в гражданских и военных моделях вычислительных машин. Их производство продолжается до настоящего времени. Это подтверждает тот факт, что кубы до настоящего времени входят в комплектацию военной аппаратуры, находящейся в эксплуатации в ракетных войсках, на борту космических аппаратов и подводных лодок.

В 50-60 годы прошлого века, в домикроэлектронную эпоху, основным средством хранения оперативной информации была память на миниатюрных ферритовых сердечниках. Такие устройства памяти собирались вручную и были одной из самых дорогостоящих и капризных частей любой вычислительной машины. Для больших стационарных машин с максимально возможными объёмами памяти это было, очевидно, единственно возможное решение в то время.

Гораздо сложнее складывалась судьба встраиваемой миниатюрной оперативной памяти для бортовых и промышленных управляющих машин, аппаратуры связи и измерительных приборов. Попытки решить проблему в рамках уменьшения объёма памяти на сердечниках в большинстве случаев приводили разработчиков к неэффективным проектным решениям, и зачастую, просто не позволяли создать необходимую аппаратуру.

Куб памяти КУБ 1

Куб памяти КУБ 1

Поэтому совершенно естественно, что, взявшись за создание своей первой малогабаритной машины УМ-1, Старос и Берг сразу уткнулись в эту проблему, стали искать решение и нашли его. Было решено создать ИНТЕГРАЛЬНУЮ ферритовую память, где основной частью будет многоотверстная ферритовая пластина с нанесёнными на неё печатными проводниками, заменяющими ручную прошивку кубов на тороидальных сердечниках.

Но прежде вспомним основных производителей кубов на многоотверстных ферритовых пластинах.

Первым был опытный участок в рамках старосовского ЛКБ. Там не только изготавливались опытные образцы, отрабатывалась серийная технология, но и многие годы велись поставки для самых ответственных применений.

Первым серийным заводом стал ЛЭМЗ. Он обеспечивал не только комплектацию для машины УМ1-НХ, но и самостоятельные поставки для других применений.

Серийное производство ферритовых пластин велось на Ленинградском ферритовом заводе. Интересны судьбы удивительных технических озарений и их поклонников.

Через полвека после создания первых кубов прекратили существование все заводы, ранее производившие эти кубы. И только ЛФЗ сумел собрать всё технологическое обеспечение этих погибших производств, воссоздать выпуск кубов.

Так удалось обеспечивать заказы военных на поставку этих изделий для пополнения комплектов запчастей для техники, находящейся на вооружении в течение 50 лет – там, где уникальные возможности ферритовых кубов не удалось заменить даже самыми последними достижениями микроэлектроники.

Информацию об этом нам любезно предоставили сегодняшние руководители и работники завода, директор Анатолий Иванович Фирсенков. Огромное им спасибо!

Куб памяти КУБ-3

Серийное производство Куб-1М и Куб-3 на Хмельницком заводе «Катион» продолжалось с 1972 по 1992 гг. Некоторое время кубы выпускались также на заводе «Кулон», входившем в состав Ленинградского объединения «Позитрон».

Одними из первых освоили, и многие годы продолжали серийное производство нескольких моделей интегральных ферритовых кубов в институтах и на заводах Зеленоградского Центра микроэлектроники. Среди них первым был завод «Ангстрем», ещё до того, как он стал производителем интегральных схем. Дальнейшее производство велось в НИИ Микроприборов и продолжалось до 1991 года.

На многие годы кубы стали неотъемлемой частью бортовых машин серии «Салют», устанавливавшихся на космических пилотируемых кораблях и орбитальных станциях. Создателем этих машин и систем является коллектив НИИ Микроприборов под руководством воистину гениального человека – Геннадия Яковлевича Гуськова. Этот институт успешно развивал свои работы, претворяя в жизнь принципы вертикальной интеграции в современной микроэлектронике, основоположником которых был Филипп Георгиевич Старос. Геннадию Яковлевичу удалось сделать то, что не позволили сделать Старосу – первым войти в «микроэлектронную космонавтику».

Старос и его команда не успокоились и сумели совершить такой же рискованный и непростой прорыв в области подводного кораблестроения.

Пилотируемая космонавтика была не единственным бортовым применением наших кубов. Многие годы ими комплектовались бортовые системы управления баллистических ракет подводного базирования академика Макеева.

В составе блоков оперативной памяти на гибридных интегральных схемах Ижевский завод использовал кубы памяти в системах навигации для подводных лодок –носителей баллистических ракет.

Выпускались кубы и на заводах радиопромышленности. Именно на одном из них произошёл удивительный случай, когда в результате бездумного увлечения рационализаторской деятельностью в конструкцию куба заводскими работниками были внесены изменения, которые привели к массовым сбоям в составе ракетных комплексов, стоявших на боевом дежурстве. Представьте себе состояние Главного конструктора кубов, пока он не нашёл причину отказов и не отменил бездумную рационализации!

Подводя черту под этим кратким введением, скажем, что судьба Старосовских кубов удивительна и полна успехов и неудач, без которых не рождается новая техника.

После приезда Ф.Г. Староса (Sarant), и И.В. Берга (Barr) в Советский Союз и создания ими лаборатории СЛ-11 на одном из заводов Радиопрома, одной из первых задач стала разработка ЗУ для ЭВМ. В качестве прототипа был выбран куб памяти на многоотверстных ферритовых пластинах (МФП), предложенный ранее американским ученым Я. Райхманом. Какие петли случаются в человеческих судьбах!

Публикация американског ученого Я. Райхмана

Одна из первых публикаций по ЗУ в СССР

В 1967 году в разгар холодной войны в Ленинградском доме учёных, бывшем дворце Великого князя, встречаются два американца, два талантливых инженера, работавшие над одной и той же проблемой по разные стороны железного занавеса – Ян Райхман и Джо Берг. Они создали интегральные кубы памяти на многоотверстных ферритовых пластинах. Конечно, такие кубы были нужны, прежде всего, для бортовых систем управления советских и американских ракет и космических объектов. Первым свои кубы создал Райхман, и первые же публикации об этой новинке, появившиеся во второй половине 50-х годов в американских журналах, были замечены Старосом и Бергом во время их еженедельных интеллектуальных марафонов в БАНе – библиотеке Академии наук.

Вспоминает Юрий Шендерович, активный участник этой разработки.

Я. Райхман

Первоисточником для этой работы была статья Райхмана в трудах американского Общества радиоинженеров в 1958 году. Было предложено отливать рифленые ферритовые пластинки с отверстиями и покрывать их серебром. Размер пластинки 2.5×2.5 см, отверстия диаметром 0.5 мм. Для снижения потребляемой мощности и размеров (или наоборот) Берг и Старос решили уменьшить пластинки до 1.0×1.0 см и отверстия размером  до 0.3×0.3 мм, в дальнейшем размер отверстий был уменьшен до 0.18 мм. Вместо литья использовать сверление отверстий с помощью ультразвука. Для этого был сделан станок, в котором для сверления использовались «ерши», которые представляли собой матрицу квадратных столбиков.

Основной недостаток, как стало понятно позже, заключался в том, что по мере сверления «ерши» снашивались и отверстия уменьшались от пластинки к пластинке. Это создавало большой разброс в величине сигнала считывания и усложняло разработку усилителя считывания. Обмотка считывания создавалась химическим нанесением серебра и травлением после нанесения рисунка фотоспособом.

Матвей Гуревич занимался всем технологическим циклом изготовления пластин, а я вместе с техниками – разработкой электроники для выбора адреса записи и считывания, а также – сборкой куба памяти и прошивкой. После того как макеты показали, что можно реализовать устройство памяти, начались работы по созданию блока памяти на основе пакета ферритовых пластин, получившего название КУБ-1. Разработку усилителя считывания для блока памяти поручили Свердлову и Блюмбергу (в дальнейшем многие годы успешно работал в компании HP, автор ряда монографий, опубликованных в Америке).

В это время я придумал делать числовые линейки вместо разрядных пластин, чтобы повысить однородность сигнала считывания и предложил эту идею Старосу, но ему она не понравилась из-за возможного снижения уровня интеграции. Тогда я попросил разрезать пластинки на линейки и изготовил макет небольшого ЗУ на плоскости и показал его Старосу и Бергу. Старос отнесся к этому скептически, а Бергу идея понравилась. Как ты помнишь, в блоках памяти для УМ-1 и УМ-2 проблема усилителя считывания всегда была ощутима. Впоследствии КУБ-3 был успешно реализован на числовых линейках в отделе А.Л. Харинского.

В это время уже активно велись работы над проектом малой конфигурации управляющей вычислительной машины УМ-1 для военных и народно-хозяйственных целей. Интегральный куб памяти они оценили сразу – как его преимущества, так и недостатки. Началась обычная для шефов мозговая атака, в результате которой родились советские интегральные кубы памяти, которые были совершенно отличны от американских по своим конструктивно-технологическим решениям. Вместо литой ферритовой пластины с отверстиями для образования запоминающего элемента появилась прессованная пластина, в которой отверстия формировались в процессе ультразвуковой прошивки.

Сейчас уже не интересно знать, какое решение было более перспективным. Важно другое – мы видим на этом примере, из чего и как складывался паритет в области вооружений и как реальные успехи в технической гонке зависели от точности выбора направлений развития. Видим мы так же и «главный секрет», который Старос и Берг привнесли в советскую микроэлектронику – поиск новых идей в мировой научной литературе и периодических изданиях, ознакомление с этими новинками своих начальников, вплоть до высших уровней руководства страны, и своих подчинённых всех уровней, от своего ближайшего окружения до начинающих молодых инженеров. Неумение и нежелание идти таким путём делало любого сотрудника в глазах шефов просто неинтересным, такие люди очень быстро старались найти себе другую работу.

Через десять лет состоялась эта встреча. Её участники вспоминают, что Берг не смог усидеть в зале, он вырвался на трибуну, стал помогать переводчику, стал спорить с Райхманом – думаю, что это было интересно им обоим. И ведь кого сейчас интересует, в каких партийных кабинетах возмущались таким поступком Берга, в каких досье в советских и американских спецслужбах хранятся подробности их дискуссии. Но как чувствуется биение мысли участников, как убедительны сделанные от руки рисунки и формулы! Очевидно, что именно поэтому старосовско-берговские кубы памяти стали первым изделием интегральной электроники.

Журнал с автографом Райхмана и снимок Петропавловской крепости, сделанный из окна дома ученых

Какой замечательный снимок шпиля Петропавловской крепости сделал Райхман своим полароидом и какую дарственную надпись он оставил на журнале со своей статьёй, опубликованной за пару лет до этой встречи в одном из ведущих мировых изданий, на память Нине Георгиевне Жемовой (референту Староса в период с 1962 по 1973 год). Именно Нина Георгиевна сохранила часть своих бесценных архивов, сопроводив материалы рукописными пояснениями. В благодарность к её памяти мы решили оставить эти рукописные комментарии без изменений.

Н.Г. Жемова и И.В. Берг в уютном кафе Дома Учёных

Эти материалы нам любезно передала семья Нины Георгиевны, и мы выражаем им свою признательность.

На основе таких пластин (в одной пластине один разряд памяти) были созданы кубы памяти «Куб-1» на 128 16-разрядных чисел для мини-ЭВМ УМ-1НХ. Блок оперативной памяти содержал четыре куба памяти с электроникой управления, то есть ОЗУ с информационной емкостью 512 слов. Дополняемый постоянным ЗУ на 4096 команд и констант, этот блок ОЗУ обеспечивал полноценную работу мини-ЭВМ.

Основными разработчиками куба памяти «Куб-1» были С.И. Крейнин, Р.А. Лашевский, Ю.И. Шендерович, Я.М. Беккер, Н.Г. Тамарченко, М.Н. Максимов и другие из состава лаборатории НИЛ-71 КБ-2.

Ф.Г. Старос и Н.С. Хрущёв на участке изготовления Кубов памяти. Второй справа – руководитель работ С.И. Крейнин

Министр А.И. Шокин и Зам. Председателя Военно-промышленной Комиссии Г.А. Титов

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

На втором снимке вы видите Министра А.И. Шокина и Заместителя Председателя Военно-промышленной Комиссии Г.А. Титова. Они во всё вникают, для них все технологические мелочи важны и интересны – это опытнейшие радисты, производственники и Государственные деятели. Докладывает начальник участка В.Л. Аграновский.

УВМ УМ-1НХ специальным постановлением правительства внедрена в серийное производство на заводе ЛЭМЗ, выпускавшем до этого электросчетчики. Там же было освоено и серийное производство «Куб-1». Ферритовые пластины памяти и дешифраторы для него изготавливал Ленинградский ферритовый завод.

Кубы памяти были разработаны для народнохозяйственных применений, поэтому имели узкий температурный диапазон, низкую механическую и климатическую устойчивость.

Однако возникла необходимость использования их в составе электронного оборудования подводной лодки, к разработке которого приступило наше предприятие. В связи с этим разработчики провели доработку конструкции куба памяти для обеспечения соответствия требованиям морских групп нормали «Мороз». В результате появилась военная модификация «Куб-1М».

Поскольку других микроминиатюрных кубов памяти в нашей стране не было, проявился интерес к их применению в военной технике и со стороны ряда оборонных предприятий для аппаратуры, работающей в узком температурном диапазоне, либо в термостатированном варианте. Наиболее радикальным было решение свердловского НИИА, занимавшегося разработкой электронной аппаратуры для ракет КБ Макеева. В этом НИИ по согласованию с нами, сохранив всю начинку куба памяти, изменили конструкцию, придав ей необходимую для ракет механическую прочность. На этих кубах летали советские «Поларисы».

Одновременно с освоением кубов «Куб-1» в серийном производстве и началом их эксплуатации в составе приборов и систем, велась разработка нового куба памяти »Куб-2». Было принято решение о переходе от разрядных пластин к числовым, с уменьшением диаметра отверстия запоминающих ячеек до 0,18 мм. Это позволило использовать эффект неограниченного магнитного потока вокруг отверстий для расширения температурного диапазона до минус 40° – плюс 60° С, что предоставило возможность применять эти кубы памяти во многих видах военной аппаратуры без термостатирования.

Куб памяти на 128 чисел собирался из 8 кассет, в каждой из которых располагалось 16 пластин по 18 разрядов и элемент дешифратора на 16 чисел. Техническое задание на ОКР было согласовано с Министерством обороны и вся работа велась под контролем военной приемки. По завершении ОКР техническая документация была передана в Зеленоград, и в 1966 г. завод »Ангстрем» приступил к серийному выпуску «Куб-2».

Разработки бортовой аппаратуры на кубах памяти велись заказчиками в тесном контакте с нашим предприятием. Наиболее близкие деловые, и даже товарищеские отношения, сложились с такими известными радиоэлектронными НИИ как «Гранит», ВНИИРА, «Нептун», «Электроавтоматика», «Электроприбор» и другие в Ленинграде, а также с предприятиями в Москве, Свердловске, Ульяновске и других городах.

Эти отношения позволяли нам отслеживать требования к новым разработкам. Так уже в 1964 г. возникли пожелания о дальнейшем расширении температурного диапазона и повышении быстродействия кубов памяти. Для реализации этих потребностей, а также для обеспечения максимально возможного удовлетворения требованиям военных стандартов в 1965-67 гг. была выполнена ОКР «Куб-3». Было налажено производство кубов памяти на опытном участке В.Л. Аграновского и их поставка заказчикам. Одновременно решался вопрос об организации производства ферритовых пластин на заводе “Кулон” и кубов памяти на заводе “Мезон” в Ленинграде.

Практически одновременно с завершением ОКР «Куб-3» и его освоением в опытном производстве началась разработка ряда блоков памяти на «Куб-3» в ОКР ”Электроника-300” для широкого круга применений.

Ранее задача создания оперативной памяти (БОП) для каждого конкретного применения решалась путем разработки специализированных блоков в соответствии с требованиями ТЗ. Нетрудно представить себе, каких затрат сил и средств стоил такой путь решения задачи с учетом не только затрат труда на разработку схем и конструкций, но и необходимость организации мелкосерийного производства каждого типа блоков со всеми вытекающими из этого экономическими последствиями.

Насколько нам известно, идея создания ряда блоков памяти как комплектующих изделий широкого применения до “Электроники-300”, никем не декларировалась, и не было попыток ее реализации в конкретных разработках. Наша попытка была первой и весьма удачной. Слухи о предполагаемом серийном производстве блоков памяти очень быстро распространились по стране. Завод начал получать заявки на поставку блоков и кубов памяти, принимать делегации будущих потребителей. Многие из них, с которыми уже ранее были сложившиеся с нами отношения, информацию получали непосредственно от нас. В результате к моменту начала производства завод имел портфель заказов на все количества, которые он мог изготовить.

Это очень серьезно влияло на отношение к внедрению не только разработчика и завода, но и руководства 10 ГУ МЭП. Эти заказы покрывали все важнейшие области военной техники. Так блоки памяти закладывались в аппаратуру для туполевских «бомбардировщиков-невидимок», в аэродромные посадочные радиолокаторы, в системы телефонной и радиосвязи, в корабельные системы управления и т.д., и т.п. Большой интерес с самого начала внедрения БОП “Электроника-300” проявил Ижевский радиозавод. Главный инженер Шутов неоднократно приезжал в Хмельницкий, где участвовал в работе Госкомиссии по приемке установочной партии. Благодаря ему и его команде БОП “Электроника-300” был установлен в систему радионавигации для подводных лодок.

Особые отношения сложились у нас с предприятиями космической отрасли, где технические характеристики БОП “Электроника-300” оказались вне всякой конкуренции по самым жестким параметрам, в первую очередь, по радиационной стойкости. Самая тесная связь установилась с фирмами аппаратуры для космоса Главных конструкторов Пилюгина, Рязанского, Семихатова и других, не менее известных в узких кругах.

Сроки внедрения Куб-3 и ряда БОП “Электроника-300” – 1970-1972 годы. А в Ленинграде нас давно ждали другие дела – разработка и производство массовых блоков памяти на полупроводниковых больших интегральных схемах (БИС) В заключение статьи мы предлагаем вашему вниманию фотографию Блока Оперативной Памяти (БОП) боевой информационно-управляющей системы (БИУС) «УЗЕЛ». Эта система в течение 40 лет была установлена на 75-ти подводных лодках «Варшавянка», которые до сих пор эксплуатируются на Российских флотах, флотах Индии, Китая и других стран.

 

Литература:
1.Usdin,Steven T.,1961-Engennering communism: how two Americans spied for Stalin and founded the Soviet Silicon Valley/
ISBN-13:978-0-300-10874-3
2.Марк Гальперин, 2010 – Прыжок кита (Whale Jump)
ISBN 978-5-904031-22-9

***

Лаврентьев Рудольф Николаевич

Лаврентьев Рудольф Николаевич родился 3 ноября 1934 года в Ленинграде. В 1953 году с золотой медалью окончил 334-ю школу Невского района г. Ленинграда. В 1960 году после окончания с красным дипломом ЛЭТИ по специальности радиоинженер по распределению был направлен на работу в организацию п/я 233 СКБ-2, которой тогда руководили выдающиеся инженеры Филипп Георгиевич Старос и Иосиф Вениаминович Берг.

С 1960 по 1995 год работал в СКБ-2 а/я 233 > а/я 155 > ЛКБ > ЛКТБ. С 1965 года заместитель начальника, с 1971 года начальник конструкторского отдела. Принимал участие во всех НИР и ОКР предприятия.

 

——
——
——
——

В начало

Опубликовал: Лаврентьев Рудольф Николаевич | Автор: Р. Лашевский, В. Хавкин, Р. Лаврентьев | слов 2794


Добавить комментарий