Ngày 12 tháng 9 năm 1958, mạch tích hợp hoạt động đầu tiên – con chip – ra đời. Không ồn ào, không có nhà báo và không có tiếng mở sâm panh. Thế nhưng khoảnh khắc này đã khởi đầu cuộc cách mạng công nghệ vĩ đại nhất trong lịch sử nhân loại. Hãy cùng xem câu chuyện chứng minh rằng những điều vĩ đại nhất thường nảy sinh từ sự lười biếng, thiên tài và nỗi buồn chán mùa hè nơi văn phòng.
Kỷ nguyên đèn điện tử: Khi máy tính to như ngôi nhà và nóng như lò sưởi
Để hiểu Jack Kilby đã tạo ra phép màu gì, bạn cần quay ngược lại một chút về thời kỳ trước khi có chip. Vào những năm 1950, ngành điện tử bị thống trị bởi một linh kiện gọi là đèn điện tử chân không. Nó trông giống một bóng đèn nhỏ, nóng khủng khiếp, ngốn điện kinh khủng và quan trọng nhất – hỏng liên tục. Chiếc máy tính huyền thoại ENIAC năm 1946 chứa gần 18.000 đèn điện tử. Kết quả ra sao? Cứ vài phút lại có một bóng cháy, và đội kỹ thuật viên phải chạy quanh cỗ máy khổng lồ với giỏ linh kiện thay thế như điên.
Rồi transistor xuất hiện. Một phát minh tuyệt vời! Nó nhỏ, không nóng và không dễ hỏng. Nhưng chẳng bao lâu sau, các kỹ sư lại va phải một bức tường mới với cái tên bí ẩn: "sự chuyên chế của những con số".
Sự chuyên chế của những con số là gì?
Hãy tưởng tượng bạn muốn chế tạo một thiết bị phức tạp hơn. Bạn cần hàng nghìn transistor, điện trở, tụ điện và điốt. Mỗi linh kiện phải được sản xuất riêng, gắn lên bảng mạch và nối bằng dây đồng thủ công. Hai nghìn linh kiện đồng nghĩa với bốn nghìn mối hàn. Chỉ cần một mối hàn nguội kém chất lượng, một sợi dây bị đứt, cả thiết bị sẽ chết. Các kỹ sư bị mắc kẹt: họ có thể thiết kế những mạch điện phức tạp tuyệt vời, nhưng về mặt vật lý lại không thể lắp ráp chúng sao cho hoạt động ổn định.
Người hùng bất đắc dĩ: Vì sao Jack Kilby không đi nghỉ
Năm 1958, Jack Kilby bước vào tình thế bế tắc này. Một người đàn ông trầm lặng, cao lớn hơn hai mét, vừa gia nhập công ty Texas Instruments (TI). Là nhân viên mới đang trong thời gian thử việc, vào mùa hè năm 1958 anh không được hưởng kỳ nghỉ chung của toàn công ty. Trong khi tất cả đồng nghiệp đã xếp đồ bơi, đưa gia đình ra biển hay về nhà nghỉ, Jack ở lại một mình giữa Dallas nóng như thiêu. Trong những phòng thí nghiệm vắng vẻ của TI, anh có rất nhiều thời gian để suy nghĩ.
Thay vì chơi phi tiêu hay ngủ gục trên bàn, anh tự đặt ra một câu hỏi cốt lõi: "Tại sao chúng ta lại sản xuất từng linh kiện từ những vật liệu khác nhau rồi vất vả nối chúng lại bằng dây? Sẽ ra sao nếu chúng ta làm tất cả – transistor, điện trở và tụ điện – từ một miếng silic hay germani duy nhất?"
Ý tưởng này thiên tài chính ở sự đơn giản của nó. Nếu toàn bộ mạch được làm từ một khối chất bán dẫn duy nhất, mọi công đoạn hàn dây thủ công sẽ không còn cần thiết. Không có dây đồng nghĩa với không có mối nối hỏng. Và điều đó có nghĩa là chấm dứt sự chuyên chế của những con số!
12 tháng 9 năm 1958: Ngày thế giới vi mô bừng tỉnh
Khi mọi người trở về sau kỳ nghỉ, Jack Kilby không chỉ có trong tay những bản phác thảo lý thuyết. Anh có một kế hoạch. Sếp của anh, J. Fred Bucy, tuy còn hoài nghi nhưng vẫn cho người mới cơ hội chứng tỏ năng lực. Kilby lắp ráp một nguyên mẫu từ một mẩu germani. Đó là một thứ xấu xí khó tin. Trên lát germani là những linh kiện nhỏ xíu, nối với nhau bằng những sợi dây vàng siêu nhỏ, và toàn bộ được giữ lại bằng một miếng băng dính trong suốt bình thường.
Ngày 12 tháng 9 năm 1958, một nhóm lãnh đạo tập trung trong một phòng thí nghiệm nhỏ ở Dallas. Jack Kilby mang đến sản phẩm kỳ lạ của mình, nối nó với nguồn điện và máy hiện sóng. Anh bật công tắc. Trên màn hình máy hiện sóng lập tức hiện lên một đường sóng sin mượt mà, phát sáng màu xanh lục. Mạch đã hoạt động! Nó tự tạo ra tín hiệu, được làm từ một mẩu vật liệu duy nhất.
"Nếu khi đó tôi biết nó sẽ dẫn đến điều gì, có lẽ tôi đã rất hoảng sợ," Jack Kilby sau này hóm hỉnh nhớ lại khoảnh khắc ông khai sinh ngành vi điện tử hiện đại.
Cuộc đối đầu của những người khổng lồ: Cuộc chiến bằng sáng chế quanh silic
Câu chuyện về mạch tích hợp sẽ không trọn vẹn nếu không nhắc đến việc những ý tưởng thiên tài thường cùng lúc "lơ lửng trong không khí". Trong khi Kilby ăn mừng mạch germani của mình ở Texas, thì ở đầu bên kia nước Mỹ, tại California, một người đàn ông tên là Robert Noyce (đồng sáng lập công ty Intel) cũng đang làm điều tương tự.
Vài tháng sau, Noyce đưa ra một cải tiến. Ông dùng silic thay cho germani, và thay vì những sợi dây vàng chìa ra ngoài, ông nghĩ ra cách phủ các dây dẫn kim loại trực tiếp lên bề mặt chip (gọi là quy trình planar). Nhờ đó, ông đã tạo ra con chip như chúng ta biết ngày nay.
- Jack Kilby (Texas Instruments): Người đầu tiên chế tạo được mạch tích hợp hoạt động (tháng 9 năm 1958).
- Robert Noyce (Fairchild Semiconductor): Phát minh ra phiên bản silic thực tiễn hơn, phù hợp để sản xuất hàng loạt (tháng 1 năm 1959).
Tiếp theo là cuộc chiến pháp lý kéo dài nhiều năm để xác định ai thực sự là "cha đẻ" của mạch tích hợp. Các luật sư giàu lên, các công ty tranh cãi, nhưng cuối cùng lẽ phải đã chiến thắng. Hai công ty cấp phép bằng sáng chế cho nhau, và thế giới công nhận cả hai người là đồng phát minh ngang hàng. Kilby nhận giải Nobel Vật lý năm 2000 (tiếc rằng Noyce không sống được đến lúc đó).
Từ con quái vật dán băng dính đến hàng tỷ transistor
Con chip đầu tiên của Jack Kilby chỉ chứa một transistor, ba điện trở và một tụ điện. Nó dài khoảng một centimet và rộng hơn ngón tay người. Ban đầu, ban lãnh đạo Texas Instruments thậm chí không biết phải làm gì với nó. Doanh số khởi đầu èo uột, và quân đội là một trong số ít khách hàng sẵn sàng trả giá cao để có kích thước nhỏ – ví dụ cho hệ thống dẫn đường của tên lửa Minuteman.
Để cho thế giới thấy chip không chỉ dành cho quân đội, năm 1967 Kilby đã phát triển chiếc máy tính bỏ túi đầu tiên. Đó là một cơn chấn động. Mọi người bỗng thấy rằng con quái vật tính toán từng chiếm cả bàn làm việc giờ đây có thể nằm gọn trong lòng bàn tay.
Một phép so sánh khiến bạn choáng váng:
- Con chip đầu tiên (1958): 1 transistor, làm thủ công, giữ bằng băng dính.
- Bộ vi xử lý thương mại đầu tiên Intel 4004 (1971): khoảng 2.300 transistor.
- Bộ vi xử lý trong điện thoại thông minh (ngày nay): hơn 15 đến 20 TỶ transistor trên diện tích bằng móng tay út.
Hãy tưởng tượng nếu ngành công nghiệp ô tô phát triển nhanh như công nghệ chip kể từ năm 1958. Ngày nay một chiếc ô tô sẽ chỉ có giá vài nghìn đồng, chạy với tốc độ ánh sáng và với một bình xăng có thể đi vòng quanh Trái Đất năm mươi lần. Đó là sức mạnh của cái gọi là định luật Moore, vốn dự đoán rằng số lượng transistor trên một con chip sẽ tăng gấp đôi sau mỗi hai năm.
Vì sao chúng ta nên kỷ niệm ngày 12 tháng 9 như một ngày lễ?
Nếu không có ngày 12 tháng 9 năm 1958, thế giới hôm nay sẽ hoàn toàn khác. Sẽ không có internet trong túi, không có mạng xã hội, không có đồng hồ thông minh, ảnh kỹ thuật số, các thiết bị y tế hiện đại như CT hay MRI, và ngay cả chiếc ô tô của bạn cũng không thể khởi động nếu thiếu hàng chục máy vi tính dưới nắp capo.
Tất cả phép màu kỹ thuật số mà ngày nay chúng ta coi là hiển nhiên đều dựa vào hàng tỷ công tắc siêu nhỏ được nhồi nhét trong những tấm silic. Và tất cả bắt đầu từ việc một kỹ sư khiêm tốn ở Texas không được nghỉ hè, buồn chán trong phòng thí nghiệm và tự nhủ rằng dây dẫn đơn giản là đã lỗi thời.
Vì vậy, lần tới khi bạn rút điện thoại ra để xem thời tiết, đặt đồ ăn hay xem video mèo, hãy nhớ đến người đàn ông cao lớn tên là Jack Kilby. Thiên tài trầm lặng, người vào tháng 9 năm 1958 đã lấy một mẩu germani, một chút băng dính và thay đổi dòng chảy lịch sử nhân loại mãi mãi.