Кризис, которого нет, ч-6, «Запороговые» технологии

Кризис, которого нет, ч-6, «Запороговые» технологии

В прошлой части я разобрал крайне неоднозначную ситуацию с  космическими ракетами. Однако можно возразить, что, мол, ракеты – это исключение, достаточно экзотическая технология (да и вообще, космос – это тоталитаризм). А все остальное подчиняется тем же законам, что и  раньше.

Но на самом деле, список технологий, которые могут рассматриваться, как «аномальные», оказывается неожиданно широким. Они охватывают многое, что было создано в период после Второй Мировой войны, включая совершенно обыденные вещи. Возьмем, например, ту технологическую  отрасль, которая для многих давно уже стала необходимым признаком нормального быта.  Которая и сейчас находится рядом с нами – вернее, прямо перед нами. Речь идет об радиоэлектронике, «продуктом» которой являются все эти  мониторы, компьютеры, планшеты, телевизоры, радиоприемники и прочие устройства, без которых жизнь современного человека просто непредставима. Смотря телевизор, слушая радио или играя на компьютере, мало кто задумывается над тем, насколько естественным является подобное положение. А зря. Дело в том, что нынешнее электронное «великолепие» представляет собой ни что иное, как типичную «запороговую» технологию, которая, при ином развитии событий, вряд имела возможность осуществиться.

q6877

* * *

Для понимания данного положения следует обратиться к истокам. Родоначальником всех электронных приборов является электронная лампа. Сейчас электронные лампы известны благодаря крайне популярному у аудиофилов «теплому ламповому звуку», но еще относительно недавно (лет 50 назад) они широко применялась во всех разновидностях электронных устройств – от радиоприемников до вычислительных машин. Даже само название этой технологической отрасли происходит именно от данных ламп, поскольку основным действующим элементом в них выступают именно электроны. Электронные лампы появились в начале XX века, когда в 1905 году английский ученый Джон Флеминг создал первый вакуумный диод, а через год американский инженер Ли де Форест создал вакуумный триод. Однако, по сути, «отцом электронной лампы» можно считать ни кого-нибудь, а знаменитого Томаса Алву Эдисона. Именно Эдисон, экспериментируя в 1883 году с изобретенной им лампой накаливания, заметил, что при определенных условиях вакуум может проводить электрический ток. Данный эффект получил название «эффект Эдисона», правда, сам изобретатель не придал ему особого значения. И лишь через двадцать лет этот эффект получил воплощение в конкретной технической разработке.

Данный момент характеризует одну из ключевых особенностей появления новой технологии (любой) – оно неизбежно восходит к существующему (как электронная лампа «генетически» восходит к лампе накаливания). Подобный принцип позволяет строить предположения по дальнейшему технологическому развитию того или иного направления. И он же объясняет существование особого «порога сложности» для появления новой технологии. В самом деле, ну что нужно для создания электронной лампы? Наверное, самое дорогостоящее тут наличие вакуумного насоса – не сказать, чтобы очень редкого оборудования на начало XX века. Реально же радиолампу можно было изготавливать силами небольшой мастерской этого времени. (Словосочетание «этого времени» важно – скажем, изготовить электронную лампу в том же XVIII веке было невозможно, так как не существовало способа обеспечить требуемого для этого вакуума. Но в конце XIX века вакуум научились легко получать в лабораторных условиях, что привело к целому пику открытий с вакуумными приборами — от лампы накаливания до рентгеновской трубки).

Поэтому каждая новая технология для своего успешного появления на свет должна требовать не слишком высоких вложений на начальном уровне. Впрочем, данный порог имеет еще большее значение на «этапе» дальнейшего внедрения новых технологий. В самом деле, любой инвестор вряд ли будет вкладывать средства в затею, о которой он не имеет никакого представления. Даже венчурный капитал, изначально рассчитанный на высокие риски, вряд ли свяжется с изобретателем, не сумевшим обеспечить уверенные доказательства возможности своего изобретения. (Это при том, что сумма венчурных инвестиций обычно много меньше «классических»). Поэтому в самом начале появления новой технологии всегда существует момент, когда ее первооткрыватель должен создать хоть какую-то работающую «модель» из «подручных средств».

Именно поэтому до определенного времени все реально существующие технические инновации проходили «гаражный» (или лабораторный) этап. Самолет братьев Райт, автомобиль Бенца, радиоприемник Попова или Маркони – все это представляло собой чистую «кустарщину», созданную на относительно небольшие средства. (Данное правило действует и в «наше» время, например, компьютер Возника с Джобсом был так же собран в гараже.) И уж потом начиналась эпопея с «добыванием» средств под данный проект. (Правда, тут есть одна «маленькая» деталь, о которой будет ниже.) Пока же отмечу, что любой инвестор, не важно, частный или государственный, никогда не примет во внимание чисто «бумажного» изобретателя, не имеющего у себя работающего прототипа, и при этом просящего для себя огромные средства. Подобные «изобретатели», как правило, оказываются или сумасшедшими, или мошенниками, и долг любого здравомыслящего человека – отправить подобного типа как можно дальше…

* * *

До определенного времени такая тактика прекрасно работала – изобретатели-практики, могущие представить реально работающую конструкцию или хотя бы ее лабораторную модель (демонстрирующую основные принципы) могли (при удачном стечении обстоятельств) получить финансирование после эффектной демонстрации, а «бумажные» прожектеры или банальные жулики, предлагающие какие-то невероятные результаты после выделения фантастических средств, в целом, отсеивались. Но, при кажущейся универсальности данного принципа, у него есть и некоторые недостатки, которые со временем стали крайне важными. Дело в том, что каждая технология имеет определенный предел масштабирования. Иначе говоря, существуют масштабы, «ниже» которых «опускаться» нельзя. Речь идет не только о масштабах геометрических, но и о масштабах финансовых, т.е. существует «порог стоимости», дешевле которого никакая модель создана быть не может. (На самом деле, этот порог существовал всегда — например, для изготовления сколь либо работоспособного двигателя внутреннего сгорания нужен металл и токарно-слесарные работы. Из бумаги, глины и палок создать ДВС не получится).

Просто до определенного времени этот порог был достаточно низок – и изобретатель или ученый на одолженные у друзей/знакомых/вырученные за проданный пиджак/выпрошенные у сумасбродного миллионера/и т.д. – деньги мог продемонстрировать нечто работоспособное. Но так могло продолжаться не вечно. В прошлой части я уже упомянул подобную ситуацию с жидкостными ракетами – после определенного уровня их усовершенствование уже потребовало внушительных затрат. Но подобная ситуация была характерна не только для них. Я не даром начал разговор с рассказа про электронные лампы – первую «электронную» технологию. Появившись в начале XX века, эти электровакуумные приборы нашли широкое применение в разных областях человеческой деятельности. По сути, возможность управлять слабым электрическим сигналом сильными токами и напряжениями – что и было главной функцией радиоламп – привели к революции в области коммуникации. Они позволили создать развитую систему радио-, а затем и телевещания, позволили создать разветвленную сеть беспроводных коммуникаций. Наконец, вакуумные приборы дали возможность построения электронных вычислительных машин – которые намного превосходили все известные механические и электромеханические аналоги.

Однако уже в 1930 годах появились устройства, которые могли бы стать конкурентом электронным лампам. Они основывались на аномальной проводимости некоторых материалов или их сочетаний. Об односторонней проводимости определенных окислов было известно давно – еще в 1920 годы на этом принципе выпускались детекторные («кристаллические») приемники, использующие в качестве детектора как раз подобный эффект. А раз существовала твердотельные аналоги вакуумных диодов, то вполне логично было предположить аналоги вакуумных триодов – т.е. усилителей. И действительно, уже в тех же 1920 гг. советский инженер О.В. Лосев показал, что при определенных условиях детекторный кристалл может производить усиление (кристадинный эффект). Однако изобретение Лосева – несмотря на попытки наладить выпуск кристадинных приемников – оказалось невостребованным. Слишком уж нестабильна была работа данного устройства. Впрочем, исследование подобного эффекта велось в разных странах, где неоднократно предпринимались попытки создания усилительного прибора. Но начать производство твердотельного усилителя (или даже получить стабильно работающий образец) до Второй Мировой войны не смог никто. Почему этого не случилось – будет сказано ниже.

* * *

Реальная разработка новой технологии началась лишь в послевоенное время. Связано это было с развитием систем радиолокации, работавших в области сверхвысоких частот. В этой сфере электровакуумные устройства оказывались недостаточно эффективными, а примитивные кристаллические детекторы, как не странно, прекрасно работали. Развертывание работ по данной сфере привели к превращению исследований «твердотельных устройств» из маргинальной отрасли в майнстрим, с соответствующим финансированием. Поэтому уже в 1947 году был создан первый относительно стабильный образец стабильного усиливающего твердотельного устройства – транзистора. А где-то с начала следующего десятилетия – началось внедрение твердотельной электроники во все сферы деятельности.

Я не буду пересказывать всю историю создания полупроводниковой электроники (как было названо подобное направление), отмечу лишь один важный момент. Дело в том, что для получения стабильной работы требовался, прежде всего, очень чистый полупроводниковый материал. Именно в чистоте материала лежал ключ к использованию полупроводниковой техники, и пока она не была получена, ни о каком переходе к стабильному – и следовательно, промышленному производству речи быть не могло. Именно требование чистоты исходного материала привело к тому, что найденный на кремнии эффект, в промышленности был внедрен на более дорогом германии. Дело в том, что очистка германия (как материала, применяемого в СВЧ детекторах), была уже разработана во время Второй Мировой войны. Для кремния, понятное дело, подобной технологии еще не было. (Более того, о сколь-либо пригодном использовании кремния в качестве полупроводника стало возможным говорить только после получения монокристаллического кремния высокой степени очистки.)

В общем, в сравнении условий разработки радиоламп и полупроводников мы хорошо увидеть разницу между «допороговой» и «послепороговой» технологией. Вакуумные электронные лампы легко изготавливались в любой, более-менее оборудованной лаборатории или мастерской конца XIX начала XX века. (Даже сейчас любой более-менее умелый любитель может изготовить электронный триод своими руками. В сети как-то попадался ролик, где было показан подобный процесс.) Особо высоких характеристик от начальной «самоделки» вряд ли можно было ожидать, но вот доказать работоспособность идеи было можно. Совершенно не так обстояло дело с транзистором. До тех пор, пока не будут получены материалы требуемой частоты, ни о каком работоспособном устройстве говорить не имело смысла. Именно поэтому открытия того же Лосева и прочих исследователей до определенного времени оставались лишь маргинальным явлением, хотя потенциал их был очевиден. Даже «точечный транзистор» 1947 года оставался лишь любопытной игрушкой. И лишь огромные вливания, последующие в электронную отрасль после появления систем радиолокации и устройств управления для ракет, означали возможность развертывания сложных химических процессов высокой стабильности (вроде эпитаксии), которые и стали основанием для полупроводниковой техники.

То есть, транзистор есть не что иное, как результат того огромного вливания средств в область «высоких технологий», произошедших во время т.н. «холодной войны». И это очень роднит его с ракетно-космической техникой. Кстати, именно поэтому надо понимать, что все перестроечные байки о том, что в СССР транзисторную технику, якобы, не признавали – что и стало причиной отставания СССР от США, являются ни чем иным, как байками. Первый советский точечный транзистор появился уже в 1948 году, причем абсолютно независимо от американцев (на основании тех же работ по СВЧ-детекторам). А уже в середине 1950 гг. в стране серийно изготавливались планарные (т.е. стабильные и надежные) транзисторы. (Я как-то даже приводил статьи из журнала «Радио», посвященные новой технике, с практическими транзисторными схемами второй половины 1950 гг.) В 1960 году же советской промышленностью был выпущен первый массовый бытовой транзисторный приемник «Спидола».

* * *

Однако если «запороговость» транзисторов еще можно оспаривать, то следующее «поколение» электронных устройств могли появиться только в условиях «сверхвложений» в данную отрасль. Интегральные схемы (ИС), представляют собой дальнейшее развитие полупроводниковых устройств, и выступают вполне логичным их развитием. С одним условием:сложность и стоимость их изготовления возрастают многократно. Тут нет смысла подробно расписывать развитие технологии изготовления ИС, можно отметить только, что применяемые процессы химической обработки кристалла почти те же, что и в изготовлении дискретных полупроводников (травление, эпитаксия), однако количество их и требование к стабильности намного выше. Если для отдельных транзисторов требуется лишь создание особых p-n переходов, то для ИС необходимо формировать еще и межтранзисторные соединения, межтранзисторную» изоляцию, и «пассивные элементы» (резисторы, конденсаторы). Повышение сложности и стабильности же неизбежно вело к росту стоимости процесса.

Теперь даже не стоило думать о создании элемента в отдельной научной лаборатории – необходимо было столько высокоточного оборудования, что подобной разработкой можно было заниматься только при имеющемся емком и высоко капитализированном рынке. Т.е. только при одном условии – что все созданное купят в любом случае. Разумеется, подобной работой могли заниматься лишь компании, «поднявшиеся» на производстве дискретных полупроводников, и получающие с этого весьма высокие доходы. А так же – «надежные» контакты с представителями военно-промышленного комплекса. Именно поэтому первые коммерчески успешные ИС фирмы Texas Instruments изначально предназначались для космических спутников и ракет «Минитмен». Именно в этой области ИС имели неоспоримые преимущества: потенциально высокую надежность и значительно меньший все (а стоимость, напротив, не имела особого значения).

Вторым (после ракетно-космической отрасли) потенциальным потребителем ИС стала еще одна «послепороговая» технология – вычислительная техника. Именно она обеспечила огромный рынок для массового экономически обоснованного применения интегральных схем. Можно сказать, что именно с внедрением ИС в вычислительную технику различного уровня (от калькуляторов до майнфреймов) произошло превращение микроэлектроники (т.е., производства ИС) в одну из базовых отраслей огромный рынок, развернуто и отлажено сложнейшее производство, наступил период «гражданского» внедрения микроэлектронной техники в жизнь.

Что же касается самой вычислительной техники, то ее «запороговость» не менее очевидна, нежели у полупроводников, как таковых. В самом деле, несмотря на то, что принцип работы вычислительных машин был известен еще в XIX веке (к примеру, «машина Бэбиджа»), а механические вычислители уже в начале XX века широко применялись в военном деле, создание первых электронных устройств произошло только в годы Второй Мировой войны (например, в качестве устройств для «взлома» немецких шифровальных машин.) До этого прекрасно обходились ручными арифмометрами, вернее, огромным числом особых людей-вычислителей, вооруженных ими и объединенных в огромные коллективы, и лишь возникшие в период войны требования к быстроте вычислений потребовали создания специальных электронных вычислительных устройств. Дальнейшее развитие вычислительной техники, начавшееся с появления первой, «настоящей» ЭВМ «Эниак», так же происходило на основании потребности в военных вычислениях. К тому же, завершение Второй Мировой войны не привело к снижению потребностей военных – столкновение с СССР было для людей того времени (по крайней мере, среди элитариев) неминуемым. А значит, и «накачивание» «оборонки» в послевоенное время началось с новой силой. Особенно прибавляла потребности в вычислительной мощности ядерная, а впоследствии, и ракетная программа.

Отсюда ясно, что развитие вычислительной техники в первое послевоенное десятилетие имело однозначно «милитаристскую» окраску. Именно из потребностей военных сформировался курс на два направления ее развития. Во-первых, следовало создавать все более быстродействующие вычислительные устройства, пригодные, скажем, для вычисления баллистических траекторий. Данное направление привело, в последствии, к появлению т.н. майнфреймов – т.е. больших машин, могущих выполнять одновременно ряд задач. Дальнейшее развитие этого пути вызвало задачу уже по объединению подобных компьютеров через особую сеть. Что, по сути, и породило современные сетевые технологии. Наверное, ни для кого не является секретом, что основанием для современной сети Интернет послужила электронная сеть ARPANET, созданная по заказу Министерства Обороны США.

Второе же направление подразумевало создание как можно более миниатюрных и легких устройств, пригодных для установки на всевозможные ракеты и спутники. Именно это направление, как сказано выше, послужило основанием для внедрения вначале дискретной полупроводниковой техники, а затем и интегральной полупроводниковой техники. В результате чего, космический корабль «Аполлон», опустившийся в июле 1969 года на поверхность Луны, имел первый в мире микрокомпьютер, выполненный на 5000 (!) интегральных схемах. Этот путь привел, в дальнейшем, к созданию небольших вычислительных устройств ограниченной производительности, в том числе, и персональных компьютеров.

* * *

Получается, что современное «компьютерное великолепие» представляет собой ни что иное, как развитие созданных во время «Холодной войны» направлений. И основные технологические решения ведут свою «родословную» именно оттуда. Впрочем, это касается не только полупроводниковой и интегральной электроники, компьютеров или космических ракет. С этого же времени ведет свое происхождение, например, гражданская авиация. Несмотря на то, что первые пассажирские полеты начались еще в начале века, только в 1950 – 1960 годы была создана поистине массовая и всеохватывающая система авиасообщений, способная успешно конкурировать с «традиционными» способами перемещения (поездом или пароходом). Собственно, все развитие современной гражданской авиации основано на применении турбореактивного (и турбовинтового) двигателя. Именно этот двигатель обеспечил «выход» гражданской авиации туда, где ее преимущество оказалось бесспорно: в нишу скоростных и дальних полетов. (Между прочим, уничтожив этим древнее понятие «путешествия». Теперь никто не путешествует, а быстро перемещается «из точки А в точку Б»). Кроме того, турбореактивный двигатель дал авиации и некоторые другие преимущества – например, всепогодность (современный самолет большую часть времени летит над облачностью), и даже удешевление цены билета (поскольку позволил создавать более крупные самолеты).

Из вышесказанного может показаться, что основной источник прогресса в наше время – а именно данные технологии (ракеты, компьютеры и сети, электроника и авиация) являются символом современного прогресса – выступает война. На самом деле, подобное мнение далеко не ново, и оно высказывалось задолго до наступления XX века. Но не стоит торопиться с выводами и связывать переход через «барьер входа» исключительно с военными затратами. На самом деле, все гораздо сложнее и интереснее. Военная техника, действительно, всегда была двигателем прогресса, однако возможности этого прогресса были, все же, ограничены. И прежде всего тем, что рано или поздно, но всякая военная техника должна была применяться в реальной войне. Как говорил Чехов: «Если в начале пьесы на стене висит ружье, то оно должно выстрелить». То же самое можно сказать и про любое оружие – оно разрабатывается для того, чтобы участвовать в битвах.

Поэтому обратной стороной «военного прогресса» всегда были войны с огромными разрушениями и убийствами – что отнюдь не способствовало особому развитию. Но и это не самое главное. Главное – что все самые современные военные изобретения должны были соответствовать, во-первых, возможностям существующего солдата (т.е. не быть слишком сложными). А во вторых – возможностям экономик стран, вступивших в войну. Именно поэтому «военный прогресс» доходил, как правило, до определенной точки, выше которого подняться не мог. И это еще если не учитывать то, что военные технологии всегда охватывали строго ограниченные области деятельности, выход за которые был не возможен из-за возрастающей милитаризации экономики. И только после завершения войны и
восстановления разрушенного хозяйства какая-то часть этих «военных достижений» могла найти себе применение в мирной жизни.

* * *

В этом смысле, ситуация после Второй Мировой войны оказалась уникальной. Это было время единственной в истории гонки вооружений, закончившейся миром. Нет, конечно, случались локальные войны, начиная с Корейской, но уровень использованного оружия в них был на порядок ниже. (При этом как раз и действовали указанные выше особенности). Но «большое» оружие– то самое, следствием развития которого стали реактивная авиация, микроэлектроника или вычислительная техника – не применялось ни разу. «Ружье» так и не «выстрелило». Причем, это относилось не только к ядерным или термоядерным зарядам – это относилось, за небольшим исключением, ко всей высокотехнологичной технике, которой вместо прямого боя отводилась особая «роль» «участника соревнованию по очкам» (т.е., по параметрам). Каждая из сторон старалась произвести «изделие», как можно больше превосходящее аналогичное «изделие» противника, способное победить его в «виртуальном» бою.

Вершиной этого научно-технического соревнования выступали космические полеты. Космические ракеты – несмотря на свое «оружейное» прошлое – уже окончательно отрывались от «войны», как таковой, переставали быть образцом вооружений (да, диалектика развития). Разумеется, можно говорить, что «Восток», выведший Гагарина на орбиту – это мирный вариант боевой ракеты Р-7, но данное утверждение мало что меняет. Во-первых, «Восток» — это все же, трехступенчатая ракета, против двухступенчатой Р-7 (данный момент не такой уж и незначительный, как может показаться). А во-вторых, уже в начале 1960 годов боевые и космические ракеты полностью разделились на независимые «ветки». Правда, «семерка» (вернее, ее модификация Р-7А) оставалась на вооружении до 1968 года, однако играла роль скорее психологического оружия, нежели боевого -одновременно в боеготовом состоянии могло находиться всего 5 ракет, что, разумеется, не могло нанести противнику существенного ущерба. (кстати, поэтому Карибский кризис следует рассматривать, как победу СССР, так как его реальная ударная мощь значительно уступала американской).

И подобное «разделение ветвей» на военные и мирные пережили практически все изначально «боевые» направления, от полупроводниковой электроники до реактивной авиации. В результате вместо ожидаемого разрушения и хаоса – или, хотя бы, милитаризации общества и аккумуляции всех средств в военных областях — a la орвеловский «1984» — мы получили невероятный научно-технический подъем 1950-1960 годов. Вместо предполагаемого усиления влияния военных, мы получили невозможное ранее усиление влияния ученых и инженеров – людей, связанных с новейшими технологиями. Вместо сведения идеологии к немедленному уничтожению противника –как в уже упомянутом «1984» — в ходе этой «холодной войны» мы получили «сходящиеся» интересы на почве знания и совместного преобразования мира. С заключением договора по ОСВ и прочим элементам «разрядки» мир получил возможность реального снижения международной напряженности и реальной возможности совместной научно-технической деятельности.

* * *

Разбирать, почему же разрядка не стала основанием для перехода к новому миру и почему указанное выше положение вскоре сменилось совершенно обратным, тут нет смысла – об этом будет сказано позднее. Тут же следует отметить то, что аномальность «военного» (или «квазивоенного», если говорить точнее) противостояния между сверхдержавами после Второй Мировой войны и переход его из военно-политической и даже экономической области в область научно-техническую является одной из базовых основ нашего современного существования. Именно в особенностях послевоенного мира кроится загадка как резкого роста прогресса с 1950-1980 годах, так и последующей – назовем явление уже прямо – стагнации. И именно с особенностями этого мира связаны и происходящие в настоящее время процессы. Впрочем, обо всем этом будет в следующей части…

Категории: Блоги, Выбор Редакции, Избранное, История, Мир, Наука, Теория, Философия
Теги: ,