Федерико Фаджин

Федерико Фаджин (итал. Federico Faggin; род. 1 декабря 1941, Виченца, Италия) — итальянский и американский физик, инженер-электронщик и предприниматель. Наиболее известен как разработчик первой в мире коммерчески успешной однокристальной архитектуры микропроцессора — Intel 4004, а также как создатель технологии кремниевых затворов (Silicon Gate Technology, SGT), которая позволила перейти к массовому производству интегральных схем с высокой плотностью элементов. Основатель нескольких компаний, включая Zilog и Synaptics.

Ранние годы и образование

Федерико Фаджин родился в Виченце, на севере Италии, в семье школьного учителя. С детства проявлял интерес к электронике и механике. В 1965 году окончил Падуанский университет по специальности «физика» (laurea in fisica), защитив дипломную работу по физике полупроводников. После окончания университета начал карьеру в исследовательской лаборатории компании Olivetti в Борголомбардо, где занимался разработкой транзисторных схем на основе МОП-структур (металл-оксид-полупроводник).

Работа в Fairchild Semiconductor

В 1968 году Фаджин эмигрировал в США и устроился в компанию Fairchild Semiconductor, расположенную в Пало-Альто (Калифорния). В Fairchild он входил в группу, работавшую над технологией изоляции p-n-переходов. Однако его главным достижением в этот период стала разработка и внедрение технологии кремниевых затворов (Silicon Gate Technology, SGT).

Технология кремниевых затворов

До появления SGT в МОП-транзисторах использовались алюминиевые затворы, которые наносились поверх слоя оксида кремния. Алюминий имел ряд недостатков: он легко плавился при высоких температурах, имел неоптимальную работу с электрическими полями и требовал сложных процессов металлизации. Фаджин предложил заменить алюминий на поликристаллический кремний (поликремний), который наносился методом химического осаждения из газовой фазы (CVD). Поликремний выдерживал высокие температуры, позволял создавать самосовмещённые затворы (self-aligned gates) и значительно повышал плотность размещения транзисторов на кристалле.

В 1969 году Фаджин успешно продемонстрировал работоспособность SGT на тестовых схемах. Эта технология стала основой для всех последующих поколений интегральных схем, включая микропроцессоры, оперативные запоминающие устройства (ОЗУ) и логические микросхемы. За разработку SGT Фаджин получил несколько патентов, а сама технология была лицензирована многими производителями полупроводников.

Intel 4004 — первый микропроцессор

В 1970 году Фаджин перешёл в компанию Intel, где возглавил проект по созданию однокристального микропроцессора для японской компании Busicom (позднее — Nippon Calculating Machine Corporation). Заказчику требовался набор из нескольких микросхем для настольного калькулятора, но Фаджин предложил объединить все функции центрального процессора (арифметико-логическое устройство, регистры, управляющую логику) на одном кристалле.

Архитектура Intel 4004

Микропроцессор Intel 4004 был выпущен в 1971 году. Он содержал 2300 транзисторов, выполненных по технологии кремниевых затворов, и работал на тактовой частоте 740 кГц. Процессор имел 4-битную шину данных и мог адресовать до 4 килобайт памяти. Несмотря на скромные по современным меркам характеристики, Intel 4004 стал первым коммерчески доступным однокристальным микропроцессором, что положило начало эре персональных компьютеров и встраиваемых систем.

Фаджин выполнил основную работу по проектированию логики и топологии кристалла, а также руководил процессом изготовления. Вклад других инженеров Intel, в частности Марсиана Хоффа (разработка архитектуры набора команд) и Стэнли Мазора (разработка микропрограммного управления), также был значительным, но именно Фаджин отвечал за физическую реализацию и интеграцию всех компонентов на одном кристалле.

Zilog и микропроцессор Z80

В 1974 году, после успешного запуска Intel 8080 (8-битного процессора, ставшего эволюционным развитием 4004), Фаджин покинул Intel и основал собственную компанию Zilog (совместно с Ральфом Унгерманном). Целью компании было создание более совершенного 8-битного микропроцессора, который превзошёл бы Intel 8080 по производительности и функциональности.

Микропроцессор Z80

В 1976 году Zilog представила процессор Z80. Он был совместим с Intel 8080 на уровне набора команд, но содержал дополнительные регистры, более мощную систему прерываний и встроенный контроллер динамической памяти. Z80 работал на частотах от 2,5 до 4 МГц и требовал всего одного источника питания (+5 В), что упрощало конструкцию устройств на его основе.

Z80 стал одним из самых массовых микропроцессоров в истории. Он использовался в домашних компьютерах (ZX Spectrum, MSX, Amstrad CPC), игровых консолях (Sega Master System, Game Boy), встраиваемых системах, контроллерах периферии и военной технике. Производство Z80 продолжалось до 2020-х годов, а его архитектура была лицензирована десятками компаний по всему миру.

Synaptics и сенсорные технологии

В 1986 году Фаджин основал компанию Synaptics, специализирующуюся на разработке сенсорных интерфейсов. Первоначально компания занималась созданием нейросетевых чипов и алгоритмов обработки сигналов для распознавания образов. Однако в 1990-х годах Synaptics переключилась на производство сенсорных панелей (тачпадов) для ноутбуков, а затем — на сенсорные экраны для мобильных устройств.

Технологии Synaptics, основанные на ёмкостном сенсорном принципе, стали стандартом для ноутбуков (заменив трекболы и мыши) и смартфонов. Компания остаётся одним из крупнейших поставщиков сенсорных контроллеров для потребительской электроники.

Дальнейшая деятельность и награды

После ухода из Synaptics в 1999 году Фаджин занимался венчурным инвестированием и основал фонд Foveon (разработка трёхслойных КМОП-сенсоров для цифровых камер), а также компанию Faggin Technologies, работающую над квантовыми вычислениями и искусственным интеллектом.

Фаджин является членом Национальной инженерной академии США (1996) и лауреатом многочисленных наград, включая:

• Премия Киото в области передовых технологий (1997);
• Национальная медаль технологий и инноваций США (2009, вручена президентом Бараком Обамой);
• Премия Чарльза Старка Дрейпера (2014, совместно с Марсианом Хоффом и Стэнли Мазором);
• Включение в Зал славы изобретателей Национального зала славы изобретателей (2010).

Критика и споры

Вклад Фаджина в создание микропроцессора иногда оспаривается. Некоторые историки техники отмечают, что архитектура Intel 4004 была разработана Марсианом Хоффом, а микропрограммирование — Стэнли Мазором. Фаджин, в свою очередь, настаивает на том, что именно он выполнил ключевую работу по интеграции всех компонентов на одном кристалле и созданию рабочей технологии производства. В 2014 году Intel официально признала Фаджина «отцом микропроцессора» наряду с Хоффом и Мазором.

Интересные факты

• Фаджин является автором книги «Кремний. История одного изобретения» (англ. Silicon: The Story of the Invention), в которой описывает свою работу над микропроцессором.
• В 2020 году он основал некоммерческую организацию Faggin Foundation, занимающуюся исследованиями в области квантовой физики и сознания.
• Фаджин владеет более чем 100 патентами в области полупроводниковых технологий.

Источники

• Faggin, F. (2019). Silicon: The Story of the Invention. Springer.
• Intel Corporation. (1971). MCS-4 Micro Computer Set User Manual.
• Zilog, Inc. (1976). Z80 CPU Technical Manual.
• Национальная инженерная академия США. (1996). Federico Faggin — Biography.
• Премия Киото. (1997). Federico Faggin — Laureate in Advanced Technology.