Transistoren -- menneskets kraftigste verktøy

---

Halvlederteknikken, med transistoren som kjernekomponent, er det mest potente verktøy mennesket har utviklet. Transistoren dominerer alt fra PC-ene og teleteknikken, til pacemakerne og styringssystemene i F-16-flyene.

---

Transistor-teknikken kan føre sine aner helt tilbake i mineralforskningen på slutten av forrige århundre. Det var den tyske fysikeren Ferdinand Braun som først kom på sporet etter den såkalte halvledereffekten ("semiconductors") i 1874, spiren til transistorteknologien.

Under eksperimenter med mineraler, utlånt fra Thomas Gymnasium i Leipzig, oppdaget han at enkelte av dem ledet elektrisk strøm, og bedre den ene veien enn den andre. Braun fikk Nobelprisen i fysikk i 1909.

Det første transistorpatentet ble registrert i 1930, av amerikaneren J.L. Lilienfeld. Men allerede i 1924 hadde han konseptet klart. Lilienfeld var imidertid for tidlig ute. Og teknologien gikk i glemmeboka.

Bjellen ringer hos Bell

Ved Bell-laboratoriene fokuserte man på halvlederteknologi fra begynnelsen av 30-tallet. Under et eksperiment ledet av Russel Ohl, fant man tilfeldig fram til fotodioden (1935). Man stusset over at en blinkende lampe tilsynelatende førte til variasjoner i strømmen gjenom en diode i en elektrisk strømkrets i nærheten.

Bell Labs' nye sjef etter krigen, Mervin J. Kelly, forsto at halvlederne hadde potensiale til å erstatte rørteknologien og samlet en gruppe toppteknologer til prosjektet, inklusive William Shockley (f. 1910). Han hadde jobbet ved Bell-laboratoriene allerede før krigen.

Shockley hadde allerede før krigen fulgt opp forsøkene til Russel Ohl, i forbindelse med eksperimenter med forløperen til (felteffekt)-transistoren (FET), i 1939. Dette skjedde via et samarbeide med Walter Brattain, en veteran ved Bell-laboratoriene. De støtte imidlertid på problemer, og prosjektet ble lagt på hylla.

Etter krigen satset Shockley og Brattain igjen på å lage en enkel transistorforsterker. Men det hele sto i stampe, inntil en annen forsker, John Bardeen, kom på hvordan de skulle fjerne uønsket ladningsoppbygging på overflaten av halvledermaterialet. Ladningen hindret den elektriske feltstyringen av de frie ladningene inne i materialet.

Samarbeidet mellom de tre var svært vellykket. På selve lillejulaften, 1947, kunne de bekjentgjøre at de hadde hadde laget en liten audioforsterker med verdens første transistor (germanium, punktkontakttype).

Halvledertidsalderen, eller transistoralderen, var et faktum, selv om den akkurat da kom i skyggen av den kalde krigen og trusselen fra atom- og hydrogenbomben.

Transistoroppfinnelsen kvalifiserte alle de tre oppfinnerne til en Nobelpris i 1956.

Silicon Valley blir født

Shockleys mor var plaget av astma. Klimaet i Kalifornia virket tillokkende. Shockley sluttet ved Bell-laboratoriene i New Jersey i 1955 og tok med seg sin mor vestover. Han satset på egen virksomhet, The Shockley Semiconductor Laboratory, i et skur (600 kv.m.) i Mountain View, like sør for Palo Alto, hvor han hadde vokst opp.

Etter HP-etableringen i 1937 var dette den første spissteknologiske etableringen i det området som etter hvert fikk navnet Silicon Valley.

For Shockley-laboratoriet virket tiltrekkende på toppfolk i hele USA. De strømmet til, alle med Ph.D.-grad. Alle ville de jobbe for den farverike Nobelprisvinneren.

Men Shockley viste seg å være en dårlig bedriftsleder, og få ble mer enn ett år. Han var meget arrogant og manisk på hemmeligholdelse. Han drev blant annet med løgndetektortester av ansatte og dellønn på sperret konto, for å ha press på nøkkelpersonell.

Konflikten mellom William Shockly og medarbeiderne hans la grunnlaget for den eksplosive industriutviklingen i Silicon Valley, og at regionen etter hvert ble verdens elektronikk/data-navle.

"The Shockley Eight"

I 1958 hadde en gruppe på åtte toppfolk ("The Shockley Eight", som de ble kalt, eller "The Traitorous Eight", som var Shockley's egen forbitrede betegnelse på dem), med Robert Noyce (f. 1927) og Gordon Moore (f. 1934) i spissen, fått nok. De sluttet, og etablerte Fairchild Semiconductor i Mountain View. Noyce (31) ble valgt til daglig leder.

Noyce ønsket å redusere lengden på strømveiene mellom de enkelte transistorene i en krets, ved å integrere dem med ledningsføringen, på et felles basissubstrat.

På slutten av 50-tallet nærmet Fairchild seg målet, og i 1959 tok Noyce ut patent på den første, integrerte kretsen (IK). Ledningsmønster-tettheten lå på tiendeler av en millimeter (i dagens prosessorkretser er den nede i 0,35 milliontedels millimeter, dvs. 0,35 mikron)

Senere oppsto det en patenttvist mellom Noyce og Jack Kilby hos Texas Instruments. Texas mente deres mann var først ute.

Striden endte med at Noyce fikk patentet, men også med at alle som ville produsere integrerte kretser måtte ha lisens både fra Fairchild og Texas Instruments.

Mye penger

De første IK-ene var svært dyre, hele 120 dollar for en krets med noen få transistorer, noen få dioder og noen få motstander.

Sigma Dahl ble representant for Fairchild i Norge. Selv kjøpte jeg fire Fairchild-IK-er av Dahl i 1962. Det var de første IK-ene som ble solgt på det "sivile" marked i Norge, ifølge leverandøren, som hadde levert en del eksemplarer til FFI noen dager før. Jeg skulle bruke IK-ene i en instrumenterings-forsterker på Universitetet på Blindern. Jeg husker vi satt med kataloger og spesifikasjoner ved kjøkkenbordet i Dahls leilighet på Holbergs Plass. IK-ene var av typen uA709, hadde 11 transistorer og kostet hele 350 kroner.

Intel på banen

I 1968 besluttet Robert Noyce å starte en nytt selskap i Santa Clara, et par mil sør for Mountain View, nær San José. Noyce var uenig i Fairchilds engasjement i stadig flere nystartede bedrifter som ikke drev med halvledere.

Han fikk med seg Gordon Moore (i dag styreformann i Intel) og den norskættede Stanford-professoren Ted Hoff (f. 1937). De døpte firmaet Integrated Electronics, forkortet til Intel.

Men navnet Integrated Electronics viste seg å være opptatt, så de ble stående ved Intel, et navn som tydeligvis ikke har virket skjemmende!

Den første Intel-produktet som virkelig tok av, var minnekretsen 1103. Men Ted Hoff jobbet på en serie på tolv ulike IK-er til en kalkulator fra den japanske kalkulator-produsenten ETI, Busicom-modellen. IK-ene skulle ta seg av alle regneoperasjonene i den lille "datamaskinen".

Hoff trodde imidlertid at han kunne klare å integrere alle de tolv kretsene på én brikke ("chip"). Men ETI-ingeniørene skjønte ikke vitsen, og ville fortsatt ha IK-er.

--Vi driver kun med kalkulatorer, sa de.

Ryktene om krangelen nådde RTI-ledelsen, og det ble oppvaskmøte. De ble overbevist om at det var riktig å satse på mikroprosessoren.

Debut i 1971

Verdens første mikroprosessor, modell 4004, dukket dermed opp i en Busicom-kalkulator fra 1971.

Den første "computer on a chip", forløperen til våre dagers Pentium, hadde sett dagens lys.

Etter den tid er historien om Intel-suksessen allemannseie. Og Ted Hoff fikk all den heder som kunne vederfares oppfinneren av mikroprosessoren.

I 1982 gikk han uventet over til nystartede Atari i Sunnyvale. Men allerede i 1984 forlot han Atari og etablerte seg som oppfinner i garasjen sin, noen kvartaler unna.

Selv møtte jeg ham som foredragsholder i 1986, på Holiday Inn, like ved Stanford-campusen. Han var invitert av Norwegian Business Forum i San Francisco, i forbindelse med daværende MVLs store Silicon Valley-tur, med alle partilederne på plass og alt som kunne krype og gå av norske forskningsadministratorer og venture-folk.

Sensasjon i 1990

I 1990 ble halvlederverdenen rystet i sine grunnvoller. Ut av "tomme intet" dukket det opp en oppfinner, Gilbert Hyatt (56), som hevdet at han hadde oppfunnet et "device" allerede i 1968, med samme oppbygging som mikroprosessoren. Og han hadde patentert konseptet i 1970.

Jeg bodde i Silicon Valley-området da Hyatt fikk det første rettslige medhold i patentsaken. Det ble et voldsomt rabalder noen uker, med hele søndagsbilaget i de største avisene viet Hyatt og alle viderverdighetene han hadde vært igjennom før dette første gjennombruddet.

Det gikk rykter om store pengeoverføringer til Hyatt i det stille, fra flere ikke navngitte mikroprosessorprodusenter. Senere har det vært nokså stille.

Det er imidlertid liten tvil om at det var innsatsen hos Intel, med Ted Hoff som primus motor, som førte til at mikroprosessor-teknologien tok av.

I den sammenheng er det interessant å tenke på at ND-direktør Rolf Skår i et intervju jeg hadde med ham på slutten av 70-tallet, uttalte at betydningen av mikroprosessoren var sterkt overdrevet!

USA overtar

Vi er fremme ved dagens tettpakkede prosessorer, alt fra Intels Pentium til Digitals Alpha og Apple/IBM/Motorolas PowerPC, 68000-serien fra Motorola og en rekke

HP-, SUN- og MIPS-produkter. Og med diverse "pirat"-versjoner av Intel-prosessorene fra AMD og Chips and Technologies. Alle disse halvlederkomponentene inneholder millioner av transistorer.

Utviklingen av én prototyp i Pentium-klassen koster, ifølge Intel, rundt 150 mill. dollar. Og når man vet at en produsent må ha flere prototyper på tegnebrettet samtidig, er det lett å forstå at det ikke er duket for mange produsenter.

Med mikroprosessorene har amerikanerne tatt rotta på japanerne, etter at det lenge så ut til at japanske fabrikker skulle tilrive seg totalt hegemoni innen integrert kretsteknologi.

Norgesdebut

---

Just Fredrik Storm må få æren for transistordebuten på norsk jord. Sannsynligvis dreier det seg også om et av verdens første forsøk med transistorer i sivile produkter.

---

Men det begynte med at professor Aksel Aanderud hadde sett en transistorannonse fra Raytheon høsten 1949, kanskje den første noensinne, i bladet Electronics. Annonsen gjaldt type CK-703, en kommersialisert versjon av Bell-prototypen.

Aanderud ga sin vitenskapelige asssistent, stud. techn. Knut Endresen, i oppdrag å skaffe to eksemplarer til diplomoppgaven sin.

Importen viste seg å by på problemer. Raytheon krevde proformafaktura i tre eksemplarer. Det måtte søkes om valutalisens fra Norges Bank, og det ene med det andre. Etter flere ukers papirmølle kunne man endelig sende den formelle bestillingen.

Leveringstiden lå på tre måneder, prisen 15 dollar. Da transistorene kom til landet, var Endresen innkalt til militærtjeneste. Dermed gikk Endresen glipp av debutæren. For transistorene havnet hos Storm, som for øvrig fant at de genererte for mye støy ("brus") til å kunne brukes i høreapparater.

Storm ble nylig pensjonert fra stillingen som overingeniør ved Sintef/Marintek i Trondheim, uten å ha jobbet med transistorer siden 1950. I en artikkel om diplomarbeidet i Teknisk Ukeblad, skrev Storm: "Transistoren vil ha store muligheter på grunn av sin størrelse, mekaniske styrke, høye virkningsgrad -- da den ikke skal ha glødeeffekt -- og, forhåpentligvis, lange levetid." Ingen dårlig prognose!

Inn i norske maskiner

Den såkalte "6. avd." hos norske Sønnico var tidlig ute med prototyputvikling som pekte i retning av halvlederteknikk innen databehandling. Så tidlig at det den gang kjente dataselskapet Burroughs kom på inspeksjon.

Sønnico var fra 40-tallet teknologisk ledende i verden innen automatiserte bokholderimaskiner ("Hofgaard-maskinen"). Fra dette prosjektet vokste det tidlig på 50-tallet fram en idé om å skifte ut réléer og rør med halvlederteknikk. Men kapitalmangel stoppet utvikling ut over prototypstadiet.

Senere kom mange produsenter med datamaskiner basert på halvlederteknologi. Vi kan ikke nevne alle, men må ha med at Digital var det første dataselskap som hadde suksess med transistoriserte minimaskiner. Det dreide seg om PDP-familien, som fra 1959/60 innledet begynnelsen på slutten på stormaskin-hegemoniet.

NTH, ved professor Jens G. Balchen, var blant Digitals pionérbrukere. Da jeg gikk ut i 1961, var hans Inst. for reguleringsteknikk allerede i gang med PDP-baserte styringssystemer.

SI-forskeren Thomas Hysing ledet byggingen av det som skulle bli den første transistoriserte datamaskin på norsk jord, også det tidlig på 60-tallet.

Det dreide seg om en maskin orientert mot numerisk styring av skjærebrennere, altså dataassistert produksjon/DAP (Autocon-systemet). Det verserer en del morsomme historier om hvordan en av grunnleggerne av Norsk Data-Elektronikk (senere døpt om til Norsk Data), Lars Monrad-Krohn, "snek" rundt på SI for å sikre seg noen av programvarebitene for en slikk og ingenting.

Fra slutten av 60-tallet kom Norsk Data på markedet med den ene suksessmaskinen etter den andre. I perioden 1972-77 var ND de eneste i verden som kunne levere 32-bits super-minier med RISC-arkitektur. De hadde også verdens raskeste 16-bits maskin.

Og selv om ND er borte, gror det friskt i sporene etter fagfolkene og teknologien derfra. Teknologioverføringen har sine mangslungne veier. Halvleder-teknologien levde videre på norsk jord, blant annet i skreddersydde mikrokretser fra AME og Nordic VLSI, følere for kollisjonsputer fra SensoNor, superraske Norwave-brikker, flytende krystallkomponenter fra LCD, utstyr fra Micro-Design, Simonsen, Simrad, Stentofon, de ulike Tandberg-selskapene, Oceanor, Vingmed og mange andre. I Norges Eksportråds skrytehefte "Norwegian Information Technology" er det tatt med ca 50 produsenter, og heller ikke det er alle.

NOBELPRIS: Oppfinnerne av transistoren fikk Nobelprisen i 1956. F.v. Brattain, Bardeen og Shockley (foto: National Semiconductor)

"THE MAGNIFICENT EIGHT": De åtte avhopperne fra Shockley Semiconductor Laboratory i Palo Alto, som i 1958 grunnla Fairchild Semiconductor i Mountain View. Fairchild laget verdens første, integrerte krets (IK), og ble utgangspunktet for etableringen av Intel. (arkivfoto)

HØY KOMPRESJON: Et bilde som gir viser utviklingen av halvlederteknologien, fra krystallen i krystallapparat til selve brikken i mikroprosessoren, eksemplifisert med 1) et norskbygd, kubjelleformet krystallapparat "Audiotelo", i forgrunnen, 2) den sannsynligvis eldste, serieproduserte radio på norsk jord, en "brødfjel"-radio ("breadboard") fra amerikanske Atwater Kent (ca 1920), med hornhøytaler. Hvert av radiorørene (de blanke "flaskene") har samme funksjon som én transistor. Heidi viser fram en transistor, sammen med en Motorola-prosessor (øverst) med flere millioner transistorer. Bildet gir et godt inntrykk av den enorme kompresjon av halvlederfunksjonene man har oppnådd over en 40-årsperiode, og i forhold til krystallapparat og radio siden 20-tallet (foto: Laila B. Carlsen)

SMÅTT ER GODT: I forgrunnen, f.v. nærbilde av en transistor (Philips OC 71), i midten en integrert krets (Fairchild uA709) og t.h. en 68000-prosessor fra Motorola. I bakgrunnen norsk krystallapparat, bygget inn i kubjelle. Til venstre i glassrøret på krystallapparatet sitter den krystallen som gir likeretting av radiosignalet. Dagens mikroprosessorer kan føre sine teknologiske aner tilbake til denne type krystaller (foto: Laila B. Carlsen)

STORGRÜNDER: Robert Noyce, oppfinneren av forløperen til mikroprosessorene, de integrerte kretseene (IK). Noyce tok også initiativ til etableringen av Fairchild Semiconductor og Intel (foto: National Semiconductor)

MIKROPROSESSORGURU: Norskættede Ted Hoff, som laget verdens første mikroprosessor, Intel 4004 (foto: Intel)