Київський «Кристал»: від першого в Європі мікрокалькулятора до 16-розрядних мікропроцесорів

Появі мікроелектроніки передувало створення перших ЕОМ, які мали в собі безліч електронних ламп, конденсаторів, резисторів. Щоб зменшити їхні розміри, кількість споживаної енергії, вартість, а також підвищити технологічність виробництва, науковці за найкоротший проміжок часу виконали величезну дослідну роботу. Вона закінчилася створенням мікроелектронних засобів і технологічного оснащення їхнього виробництва.

Початок розвитку промислової мікроелектроніки в СРСР покладено в 1962 році, коли вийшла постанова про створення в російському містечку Зеленограді Наукового центру мікроелектроніки з філіями в Києві, Мінську та кількох інших містах. Уже за кілька років невеличке містечко під Москвою стало столицею мікроелектроніки – радянською «Кремнієвою долиною».

Того ж таки року в Києві почала працювати виставка мікроелектронних засобів. На неї запросили керівників київських приладобудівних підприємств. На відкритті виставки виступив голова Державного комітету СРСР у справах електронної техніки (згодом міністр електронної промисловості) Олександр Іванович Шокін. Своєю промовою він зміг переконати владу в тому, що в Україні треба розвивати мікроелектроніку.

Першим на заклик голови Держкомітету відгукнувся Іван Васильович Кудрявцев, директор Київського НДІ радіоелектроніки. Він давно мріяв перевести громіздкі корабельні радіоелектронні системи на нову технічну базу. Відразу ж після виставки він доручив групі молодих інженерів на чолі зі Станіславом Олексійовичем Моральовим ознайомитися з розвитком мікроелектроніки в СРСР і за кордоном і підготувати пропозиції.

Минуло ще півроку, і з’явилася урядова постанова про розвиток мікроелектронної промисловості. На її виконання створили Київське конструкторське бюро мікроелектроніки КБ-3 Державного комітету Ради Міністрів СРСР у справах електронної техніки. Його керівником призначили Моральова.

В 1963 році колектив КБ-3 став до праці. Його «засновники» С. О. Моральов, В. Д. Борисенко, О. І. Корнєв і В. П. Білевський вирішили розробити гібридну інтегральну схему, використовуючи тонкі плівки танталу. Але тантал видався «твердим горішком»: щоб виготовити плівки, довелося створити принципово нові типи електронно-променевих гармат великої потужності, складне вакуумне устаткування й апарати контролю параметрів схем. На це пішло досить багато часу, і серійне виробництво інтегральних схем на основі танталу почалося аж в 1968 році. Були розроблені гібридні тонкоплівкові інтегральні схеми системи «Пенал», а для побутової радіоелектронної апаратури, яку випускало Міністерство радіопромисловості СРСР — системи «Кулон».

Новостворена в колишньому СРСР технологія виготовлення тонкоплівкових резистивних і ємнісних мікросхем на основі танталу дала змогу підвищити продуктивність виробництва гібридних інтегральних схем у 5–10 разів. Завдяки їй вихід придатних мікросхем зріс до 90%. Про складність виконаного завдання свідчить те, що в тодішньому світі таку технологію опанували тільки три фірми і лише одна з них (BM Laboratories, США) розробила її самотужки.

1966 року на базі КБ-3 створили Науково-дослідний інститут «Мікроприлад». Директором НДІ призначили Станіслава Моральова, його заступником став К. М. Кролевець, а головним інженером – О. І. Корнєв. Керівництво інституту ухвалило рішення поступово перейти на нову технологію і розробити твердотілі інтегральні схеми на транзисторах МОН. З-поміж інших схем вони вирізняються тим, що всі їхні компоненти (транзистори, діоди, резистори й конденсатори) розміщено на одній монокристалічній напівпровідниковій пластинці (скорочення МОН відбиває структуру транзистора – метал, оксид, напівпровідник).

Аналіз доводив, що інтегральні схеми на приладах МОН конструктивно простіші від інтегральних схем на біполярних складниках. До того ж вони технологічніші, мають високий вихід придатних виробів і не потребують додаткової ізоляції компонентів у схемі. Але головна перевага транзисторів МОН – малі розміри. Це дає змогу створювати інтегральні схеми з високим ступенем інтеграції, зокрема, для пристроїв обчислювальної техніки з регулярною структурою (таких як пам’ять, регістри тощо).

Пропозиції НДІ «Мікроприлад» щодо створення інтегральних схем МОН розглянули на засіданні колегії Зеленоградського наукового центру. Колегія затвердила план роботи інституту, який підготував Моральов.

Почався новий етап. Фізико-технологічними питаннями розробки великих інтегральних схем МОН опікувалися К. М. Кролевець і Ю. А. Петін, схемотехніки – А. І. Молчанов і А. В. Кобилинський, машинним проектуванням топології – В. Г. Табірний. Науковими керівниками робіт були С. О. Моральов і К. М. Кролевець.

Спочатку в інституті розробили серію інтегральних схем «Кобра» з рівнем інтеграції до 30 елементів на кристалі, а вже в 1968 році запустили серійне виробництво цих схем на дослідному заводі НДІ.

З доручення Міністерства електронної промисловості в 1970 році був створений перший в СРСР і Європі мікрокалькулятор на 4-х великих інтегральних схемах МОН із ступенем інтеграції до 500 транзисторів на кристалі. Великі інтегральні схеми виробляли на дослідному заводі НДІ «Мікроприлад», а складали калькулятори в місті Світловодську, де була філія дослідного заводу.

В грудні 1970 року з наказу міністра електронної промисловості створено Науково-виробниче об’єднання «Кристал», до якого увійшли: НДІ «Мікроприлад», Київський завод напівпровідникових приладів і дослідний завод «Мікроприладу». НВО «Кристал» мало спроектувати й запустити у виробництво великі інтегральні схеми на транзисторах МОН (спочатку із ступенем інтеграції понад 1000 транзисторів, а згодом – до 100 тисяч і вищим; розміри елементів треба було зменшити до 1 мікрона).

Протягом 1972–1973 років у «Мікроприладі» розгорнули систему машинного проектування на базі «БЭСМ-6» та інших ЕОМ, яка дала змогу проектувати великі інтегральні схеми з високим ступенем інтеграції. Тривалість проектування великих інтегральних схем зменшилася до 50–70 днів. Виникла потреба розробити складний комплекс програм, що забезпечив би цей процес. Адже сотні тисяч компонентів великих інтегральних схем належало з’єднати між собою відповідно до функціонального призначення кожної схеми. Помилятися не можна було, тому що величезна праця, витрачена на виготовлення схем, зійшла б нанівець. Таке завдання могла виконати тільки машина.

З 1973 року головним напрямом роботи об’єднання стало проектування й виробництво великих інтегральних схем на приладах МОН. Спочатку в об’єднанні розробили кілька типів схем для різноманітних калькуляторів, схеми пам’яті та ін.

Щоб налагодити виробництво нових великих інтегральних схем, треба було розробити більш прогресивні технологічні процеси, які забезпечили б ступінь інтеграції понад 100 тисяч транзисторів на кристалі і частоту перемикання до кількох десятків мегагерців. Створювати все доводилося, як то кажуть, на голому місці, бо використати західний досвід не було змоги: публікації на цю тему в західній пресі тоді щойно з’явилися.

Уже в 1974 році на заводі напівпровідникових приладів НВО «Кристал» повною мірою опанували технологічний процес виготовлення великих інтегральних схем на приладах МОН і почали їхнє масове виробництво (вперше в СРСР і Європі). Того ж таки року випустили 200 тисяч великих інтегральних схем, 100 тисяч калькуляторів і 200 тисяч клавішних ЕОМ.

Проте становлення НВО супроводжувалося труднощами. Повсякчас виникало питання: хто має очолити об’єднання – інститут чи завод? Заводчани не встигали виконувати замовлень інституту і звинувачували керівника НВО в неправильній технічній політиці. Сперечатися і стверджувати силою свою правоту Моральов не звик. Тому в 1974 році він пішов з НВО, повернувшись у «Квант». Але навіть після цього «Кристал» успішно розвивався (здебільшого завдяки К. М. Кролевцю). Колектив виконував нові завдання, пов’язані зі створенням і виробництвом більш сучасних великих інтегральних схем. Розміри транзисторів доводилося раз у раз зменшувати, а це ускладнювало технологічні процеси їх виготовлення і посилювало вимоги до устаткування для промислового виробництва не лише великих, а й надвеликих інтегральних схем.

За недовгий час київське науково-виробниче об’єднання «Кристал» із філіями в інших містах України стало чи не найголовнішим центром проектування й виробництва мікроелектронних засобів у СРСР. Про обсяг виконаної тут за вісім років роботи, пов’язаної з науковими дослідженнями, створенням матеріальної бази й добором кадрів, переконливо свідчать такі цифри: побудовано 148 тисяч квадратних метрів площ на науково-дослідні інститути й підприємства. Всі НДІ й заводи оснащено технікою відповідно до їхніх потреб. На початку 80-х років в об’єднанні працювало понад 30 тисяч осіб. У 70-і й 80-і роки тут виробляли спроектовані самотужки інтегральні схеми (зокрема близько 30 типів великих інтегральних схем), клавішні ЕОМ, калькулятори, мікроконтролери, мікро-ЕОМ та ін. НВО «Кристал» забезпечило успішний розвиток багатьох галузей промисловості не тільки в Україні, а й у колишньому СРСР. Завдяки йому була створена цифрова радіоелектронна апаратура літаків, ракет, кораблів, а також електронні засоби для сучасної побутової техніки (радіоприймачів, магнітофонів тощо).

Але НВО «Кристал» був не єдиним виробником мікроелектронних приладів в Україні. Майже разом із ним були створені ще п’ять об’єднань: «Родон» в Івано-Франківську, «Гравітон» у Чернівцях, «Гамма» в Запоріжжі, «Дніпро» в Херсоні і «Жовтень» у Вінниці. В усіх шести об'єднаннях працювало понад 100 тисяч людей. Вони виробляли близько 150 мільйонів напівпровідникових приладів та інтегральних схем на рік. У 70-80 роки Україна взагалі була монополістом у колишньому СРСР і другим у Європі постачальником напівпровідників (германію, арсеніду галію), а також засобів для оброблення цих матеріалів.

Наприкінці 80-х років через вольову, але хибну науково-технічну політику Міністерства електронної промисловості (МЕП) СРСР, яка полягала в адаптації американської техніки, науково-виробниче об'єднання «Кристал» вимушено почало наслідувати американські здобутки, а отже, пасти за ними задніх. Однак «Кристал» зумів відзначитися і в «радянізації» перших американських мікропроцесорів: розроблені в об'єднанні й запущені в серійне виробництво 8-розрядні, а згодом і 16-розрядні мікропроцесори майже не поступалися закордонним, що засвідчила зроблена в США експертиза.

Це була остання велика радянська розробка НВО. Тепер у «Кристалі», що став приватною компанією, проектують і виготовляють інтегральні схеми для деяких зарубіжних країн.