Kicsit savanyú, de a miénk

Az 1974-75-ös év lázba hozta a villamosmérnöki társadalmat, az ok néhány újabb csip-típus volt, amit az INTEL dobott piacra. Mikroprocesszoroknak nevezte el őket. Hasonló, nagybonyolultságú áramkörök már évek óta léteztek, de olyanok, amelyek egy teljes Neumann-féle számítógép architektúrát tartalmaztak volna egyetlen lapkán, nos ilyenek addig még nem születtek. Innentől mindenki azon fáradozott, hogy tudná lemásolni a forradalmi találmányt.

Azok az események, amelyek a mindmáig egyetlen magyar fejlesztésű mikroprocesszor rövid tündöklésével és szomorú emlékű bukásával kapcsolatosak, nagyjából 44 éve kezdődtek. E sorok írója maga is részese volt az eseményeknek, ezért megbocsátható számára, hogy az alábbiakban leírt emlékek, gondolatok az elfogulatlan olvasó számára szubjektívnak tűnnek.

Ha az mondjuk: magyar bor, egyértelmű, folyamatos és töretlen büszkeséget érzünk, de ha a magyar focit említjük, ambivalens érzések ébrednek bennünk, hiszen valamikor joggal büszkélkedtünk vele, de ma már „nem az igazi”. A magyar narancs egy nagysikerű filmszatírából került a köztudatba. A magyar narancs az olyasfajta nemzeti produktumok szimbólumává vált, amelyek tulajdonképpen idegenek a mi viszonyaink között, mégis akadnak olyanok, akik megkísérlik azokat meghonosítani.

Ha a technika, a tudomány dolgait vizsgáljuk, bőven van azok között magyar bor, magyar foci és magyar narancs is. Vajon a magyar mikroprocesszor emléke milyen érzelmeket hoz felszínre? A fent említettek közül melyikre hasonlít leginkább? Büszkék vagyunk arra, hogy megcsináltuk, mégis keserű egy kissé az emléke, akár egy méreten aluli, halovány, narancsnak kinevezett, valójában azonban a citrom fajhoz tartozó gyümölcs íze.

A magyar mikroprocesszor megalkotása a hajdani mikroelektronikai szakmai közösséget dicsérő sikertörténet, az emlék mégis a fanyar gyümölcs ízéhez hasonló hatású, hiszen születése után szinte azonnal el is tűnt, sőt még hajdani létezésének bizonyítékai, a műszaki dokumentumok és tárgyi emlékek is megsemmisültek, elégtek az 1986 májusában a Mikroelektronikai Vállalatot sújtó tűzvészben. Tisztában vagyunk azzal, hogy a magyar mikroprocesszor egy szűk szakmai közösség ügye volt csupán, sőt a legtöbb ember azt sem tudja, hogy valaha létezett. Ezt a posztot azonban feltétlenül megérdemli.

Csináljunk nyolcvanra nyolcvan-nyolcvanat!

1976, a világ túl van az első olajválság legkritikusabb szakaszán, és csillapodni látszik a hidegháború. E sorok szerzője - aki olyan szerencsés, hogy egy megtisztelő felkérés alapján személyes emlékein átszűrve mutathatja be a magyar mikroprocesszor születését, rövid tündöklését és bukását - éppen hogy túl van második gyermeke születésén. Negyedmagával éldegél egy másfél szobás fővárosi lakótelepi lakásban, és számos hasonló korú és sorsú kollégájával, akik a félvezető mikroelektronika szétszórt fellegvárainak egyikében (IZZÓ, HIKI, TKI, KFKI, MÜFI) tevékenykednek, arra vár hogy egy koncepciózus, de főleg nagyhatalmú főnök valahogyan egy karámba terelje a szerte-szét tevékenykedőket. Nem is sejtjük akkor, hogy ezt néhány év múlva majd valaki megteszi, és éppen az egyetlen, körös karám teszi teljessé, visszavonhatatlanná a magyar félvezető-mikroelektronika hosszú időre szóló megsemmisülését, szó szerint értendő elhamvadását.

Akkor, hetvenhatban minderre még senki sem gondol. Egy nagy, közös kutató vagy gyártó bázisnak még a körvonalai sem látszanak. Hallani ugyan valamiféle zöldmezős „Magyar Mikroprocesszor Művek” felépítésének a szükségességéről, de pénz hiányában a megvalósítás minden reménye nélkül csak beszélnek róla a szakma öregjei és az „illetékesek”. Az persze látszik, hogy valaminek történnie kell, és ehhez pénz is társulhat, így aztán erősödnek az egymással rivalizáló szomszédvárak érdekellentétei, minden szereplő kizárólag csak magának szeretné ezt a pénzt.

Aztán tárgyalóasztalhoz ülnek a főnökeink, és ezúttal egy egészen értelmesnek látszó kompromisszum születik. A már régóta sikerrel kecsegtető IZZÓ-FAIRCHILD programot, amelynek fő célja a magyar félvezető eszköz és integrált áramkör tömeg-gyártás megteremtése, folytatni kell, de ezzel párhuzamosan közös akcióra kell mozgósítani a játék többi résztvevőjét, a kutató- és fejlesztő-csoportokat. E sorok írója kollégái között a lelkes tapsolók soraiban ül, amikor a HIKI, a KFKI, a TKI és a MÜFI főnökei az IZZÓ pártolása mellett aláírják az úgynevezett LSI-KFT megalakulásáról szóló okmányt. Az LSI-KFT célja megteremteni a majdani nagyintegráltságú csipek gyártásának a tudományos-kutatási, műszaki fejlesztési alapjait.

Néhány idősebb nagy műveltségű és sokat tapasztalt kolléga ugyan felhívja a figyelmet arra, hogy a KFT nemcsak azt jelenti, hogy „Kutatási Fejlesztési Társulás”, (akkor még ez volt az elsődleges jelentése) hanem bizonyos - igaz, csak kapitalista -viszonyok között mást is. Néhányan mindjárt viccesre veszik: „Korlátlan Felelőtlenségű Társaság”. Az LSI-KFT közös, konkrét fejlesztési céljának a meghatározása nem látszik éppen sima ügynek. Főnökeink valahol az AKADÉMIA az OMFB és az akkori ipari tárca magasságából még csak harmonikusnak sem mondható többszólamúsággal mondják a magukét.

Végül is kirajzolódik a két legerősebb műszaki koncepció: a MOS-LSI és az HL, azaz „I-négyzet-L.” Az előbbi a szigetelt, vezérelt-elektródájú térvezérelt tranzisztorokon alapuló áramkörök, az utóbbi egy speciális bipoláris tranzisztoros kapcsolástechnikán alapuló áramkörök megjelölésére szolgált. A második ma már csak technika-történeti kategória, az első azonban a mindent elsöprő mai CMOS technika elődje. A hazai gyártási hagyományoknak inkább az utóbbi felelt volna meg, a nemzetközi trendeknek az előbbi.

A hagyományos technológiai változat hívei a Fóti úton, (HIKI), az újabb változat hívei pedig a csillebérci (KFKI) bázison gyülekeztek. Mindkét frakció igazának bizonyítására az INTEL cégre hivatkozott.

Az INTEL az első, három tápfeszültséget igénylő csip, az átütő sikerű 8080-A típusjelű áramkör piacra dobása után azonnal továbbfejlesztette azt, és megvalósította az egy tápfeszültségű 8085 típusjelű csipet. Sőt, néhány türelmetlen mérnöke az INTEL-ből kiugorva és megalapítva a ZYLOG céget, 1978-ban piacra dobta az ugyancsak egyszer 5V-os Z-80 mikroprocesszort, a magyar felhasználók későbbi első számú kedvencét. Csoda hát, hogy ettől a tempótól elszédülve itthon egy darabig tanácstalanok voltunk és több pártra szakadtunk? Főnökeink szerencsére ezúttal nem haboztak túl sokáig. Döntöttek. A nagy közös cél, a 8080-A mikroprocesszor megvalósítása. A határidő 1980 december 31. „Csináljunk nyolcvan-nyolcvanat, nyolcvanra! ”

Gigantikus mikroprocesszor-csip a Hortobágyon

A hetvenes évek vége felé mikroelektronikai cégek világszerte kifinomult módszereket fejlesztettek ki mások - főleg szilícium-völgybeliek - alkotásainak gyors és hatékony reprodukálása céljából. A másolási technikák sok esetben legalább olyan szellemesek voltak, részleteik szinte ugyanakkora találékonyságot és műszaki felkészültséget igényeltek, mint a dolgok rendes menete szerinti, eredeti műszaki alkotási folyamat. Miért másoltak mégis világszerte, ha a képességek lehetővé tették a direkt mérnöki alkotás útját? Egyrészt hiányzott az önbizalom, másrészt sokan azt hitték, ez e gyorsabb út. Nálunk eleinte nem fogadta egyöntetű lelkesedés a másolás gondolatát. A cél kijelölése és meghirdetése után az LSI KFT-ben azonnal heves vita indult meg, főleg a tervezők körében. A szerző jól emlékszik egy rövid előadásokból és konzultációkból, valamint heves vitákból álló munkaértekezletre, ahol néhányan egészen szélsőséges nézeteket vallottak, felvázolva egy olyan magyar mikroprocesszor körvonalait, amelynek architektúrája szellemességében „messze felülmúlja” az amerikai gyártók processzorainak felépítését. Ezek itthoni megvalósíthatóságában persze a lelke mélyén senki sem hitt, mégis jólesett magunkból „kibeszélni” a másolási kényszer miatt a mérnöki önérzetünkön elszenvedett sérelmet. Az LSI-KFT felelős vezetői türelmesen végighallgatták a szenvedélyes vitákat, aztán egyértelmű felszólítást kaptunk a másolásra.

Az INTEL áramkörről annak teljes felületét lefedő, közel ezerszeres nagyítású, minden finom részletére kiterjedő mikroszkópos fotó-sorozatot kellett készíteni. A nagyításoknak mérettartóknak kellett lenniük, hogy a fotók a geometriai elrendezés, a LAYOUT visszarajzolását minél jobban segíthessék. Erre a fényképészeti csúcsteljesítményre az LSI-KFT a Térképészeti Intézetet kérte fel. Néhány hónap múlva a HIKI-s kollégák megmutatták a 64 darab, egyenként közel négyzetméternyi felületű, fatáblára felkasírozott fotót. A fotók plaszikusak voltak, még az áramkör mélységi struktúrája is jól felismerhetően állott előttünk.

Valaki megsaccolta, mekkora területen férne el kiterítve az ezerszeres nagyítású mikroprocesszor. A közelünkben ilyen méretű helyiség nem is volt. A szemle és az „óriás mikroprocesszor” méreteinek becslése egy szórakoztató anekdota, vagy inkább viccféle születéséhez vezetett. „Amerikai műhold kémfelvételeket készít a magyar alföld felett. A képek láttán döbbenet lesz úrrá a CIA emberein, és azonnal jelentést készítenek: Gigantikus mikroprocesszor csipet csináltak a magyarok a Hortobágyon ”

Az elektronok viselkedése éles kanyarban

Megindult a hatalmas fotók átültetése olyan rajzos dokumentációkká, amelyek végül beilleszthetők egy normális egyenes-irányú fejlesztési folyamatba, a mérnöki tervezés és megvalósítás normális sorrendjébe. A normális sorrend a réteges layout rajzok elkészítése után a rajzok pontkoordinátáinak a számítógépbe vitele, aztán e rétegek úgynevezett számítógépes lefedése. A lefedés a mintagenerátor munkáját volt hívatva előkészíteni, mivel a mintagenerátor egy alakzatot állítható méretű, téglalap alakú expozíciókból állít össze. A lefedés olyan számítógépes eljárás, amely megpróbálja megtalálni az alakzat minimális számú és optimális sorrendű téglalapos kompozícióját, hogy ezzel a mintagenerátor exponáló fejének hosszú útját, és így az expozíciós időt lerövidítse. A rajzok feldolgozása - azaz a koordináták memóriába vitele - digitalizáló asztalokon készült. A digitalizáló asztalon az ember egy szálkeresztet a rajz adott pontjára helyezett, megnyomott egy gombot, és a pont adatai máris benn voltak a gépben.

Ennek ellenére sem a fotók átrajzolása, sem a digitalizálás nem volt népszerű a tervezők körében. Ebbe a lélekemelőnek igazán nem tekinthető munkába ugyan több gyors és ügyes kezű nem-mérnök kolléganőnk is bekapcsolódott, ennek ellenére a legtöbb mérnöknek alaposan ki kellett vennie a részét a layout-tervezésnek e sajátos műfajából. Volt azonban ennek a „rabszolgamunkának” egy igen messzire ható eredménye is. Főnökeink szerencsére nem elégedtek meg a fényképek alapján készült számítógépes rajzokkal, az áramkörök szimbolikus vázlatait, az un. elvi kapcsolási rajzokat is elő kellett állítanunk. Akik közülünk ezt figyelmesen, és a működés megértésének szándékával végezték, megismerhették egy teljesen új, eredeti áramköri technika alapjait.

A munka hónapokig tartott, és újabb, elsősorban önmagunkat szórakoztató történetek, legendák, viccek születtek.

A „lebegő vezeték” a legendája.

A lebegő vezetéket az időzítő-vezérlő áramkört megfejtő hikis kollégák fedezték fel. Ott kanyargott a többi fontos funkciót betöltő alumínium csík között, fontoskodva kerülgette a másoknak kijelölt kontaktusokat, de szemel láthatóan nem vezérelt semmit, és semmi értelme nem látszott a létezésének. Kiderült, hogy nemcsak célja nincsen, hiszen sehová sem kapcsolódik, de forrása, meghajtója sincs. A kollégák végül is elhamarkodott döntést hoztak, ezt a vezetéket nem kell átmásolni a magyar mikroprocesszor tervrajzába! Nem számoltak azonban az önbizalom-hiányból táplálkozó óvatossággal, és az INTEL iránti feltétel nélküli tekintély-tisztelettel. Az INTEL tervezői nem felejtenek ott csak úgy, minden indok nélkül, egy vezetéket! Rövid, főnöki kezdeményezésre életre hívott konzílium után a rejtélyes vezeték állítólag mégiscsak rákerült a magyar mikroprocesszor tervére. Eddig a legenda.

A másik emlékezetes, és tudomány-történeti szempontból is jelentős eset - a legendárium szerint - az volt, amikor alkotógárdánk kénytelen volt tanulmányozni az elektronok éles kanyarban mutatott viselkedésének problémáját. Az INTEL csip felületén futó, kanyargó alumínium-vezetékek egyes kilencven fokos irányváltásait a szeszélyes tervező időnként „lecsapta” egy-egy rövid negyvenöt fokos átmeneti szakasz beiktatásával. Tudtuk, hogy ezek az átvezetések a lefedő-program számára keserves tizedmásodperceket jelentenek, hiszen ilyenkor az eljárás sokkal több és kisebb méretű expozícióval képes csak jó lefedést adni. Tény, hogy valamelyik merész kollégánk javasolta, amennyiben lehetséges, csináljunk kilencvenet a kétszer negyvenötből, ne növeljük feleslegesen a művelet idejét.

És akkor - és ez már csak legenda - ismét az INTEL cég megfellebbezhetetlen szakmai tekintélyére való hivatkozás következett. Nem lehet véletlen a kanyar levágása, kétszer negyvenöt az nem azonos az egyszer kilencvennel, legalábbis az elektronok számára nem! Vajon nem sodródik-e ki reménytelenül sok elektron az éles kanyarban, megengedhetetlen töltés veszteséget okozva az egyes vezérlőjeleket szállító vezetékeknek? Ebben a megvilágításban nem nyilvánvaló-e, miért tompította le a kanyarokat az INTEL?

Szilícium-alapú százlábúak mikroszkóp alatt, avagy hozzál nekem bontott IC-t

Az emberiség kíváncsi és kutató hajlamú egyedei megalkották a mikroszkóp különféle változatait, hogy megfigyelhessük és megfejtsük a természet alkotásainak titkait. Hogy a mikroszkóp arra is jó lesz, hogy egy parányi mérnöki alkotás titkait egy másik mérnök fejtse meg a segítségével, ez a technikatörténet meglepő ténye.

A hetvenes években a világ néhány szegletében, de főleg Amerikában fura szilícium-százlábúak látták meg a napvilágot, elképesztő ütemben szaporodtak, és az alkatrészkereskedők segítségével szinte hónapok alatt elborították bolygónk iparilag civilizált részét. E szilícium-százlábúak titkait azért kutatták mikroszkóppal a kíváncsiskodók, hogy reprodukálni lehessen a vizsgált egyedet, ellesni működésének titkát, és létre lehessen hozni a számára egy újabb „populációs régiót”. Ez persze az iparjogvédelem szelleme szerint tiltott dolog volt már akkor is, de az iparjog betűje alaposan elmaradt a valóság mögött, nem védte tételesen az integrált áramkörök elrendezési rajzolatát, a layoutot. Ilyen, nemzetközileg elfogadott jogszabály csak a nyolcvanas évek végén született.

Abban az időben, mikor a százlábúak megfigyelése talán a legintenzívebben folyt, a BME Tarnay Kálmán professzor vezette Elektronikus Eszközök Tanszékét meglátogató vendég regisztrálhatta, hogy a tanszék folyosójának falait mikroszkópi fotók felnagyított tablói borítják, egy korabeli ismert TV-reklám szlogennel csalogatva a bámészkodót: „Bontott IC... bontott IC...bontott IC”

Amikor az LSI Kutatási Fejlesztési Társulás reprodukálásra kijelölte az INTEL-8080 mikroprocesszort, a HIKI-ben és a KFKI-ban először „felboncoltak” néhány példányt, majd néhány, a szemét nem kímélő fiatal kutató-mérnök - közöttük magam is - rávetette magát a mikroszkópra. A cél: katalogizálni a csip valamennyi tranzisztorát és összekapcsolódásukat, majd a kapu-szintű modell felépítése után analizálni, esetleg szimulálni a mikroprocesszor működését.

Ez a megfejtő munka csaknem egy évig tartott. Azt hiszem azzal a módszerrel és azokkal az eszközökkel egy következő generációbeli, 16-bites processzor kapuszintű modelljének rekonstruálása már lehetetlen vállalkozás lett volna. A 8080 kapuszintű modellje azonban felépült. Keserves munka volt ez, de a végén a benne résztvevők óriási ugrást tehettek a MOS-LSI kapcsolástechnika megismerésében.

Nagyszámítógépek a mikroszámítógép megvalósításának szolgálatában

A magyar integrált-áramkör fejlesztés hajnalán a TKI volt a számítógépes (nagyszámítógépes!) tervezés Mekkája. Az ottani csapat nyomtatott kártyák és monolit IC-k gyártási dokumentációjának számítógépes hátterét fejlesztette, kutatta az ezzel kapcsolatos eljárások algoritmusait, és mind az áramköri, mind a logikai szimuláció területén hasznos eredmények születtek.

A mikroprocesszor tervezés persze szétfeszítette az akkori korlátokat. Érdemes áttekinteni, hogyan zajlott egy IC tervezés a mikroprocesszor program beindítása előtt. A feladat megoldásának első fázisában a tervező milliméter-papíron megrajzolta az általában ezerszeres nagyítású cellákat, majd egy összeállítási rajzot is készített. Ezután a teljes rajzot egy, a TKI által definiált grafikus leíró nyelven tálalni kellett. Egy ilyen MASK-2 nyelven készült leírás néhány ezer helykoordináta-adatának a megadása nem volt gyerekjáték, ami a dolognak az alkotó szellemre gyakorolt frusztráló hatását illeti. Számos hiba is becsúszott egy-egy bonyolultabb áramkör leírásába. Ezeket a hibákat a tervező először a TKI-ban elkészített, jó négyzetméternyi fóliás rajzon pillantotta meg első ízben. Néhány napi újabb „alkotó munka” után visszavitte a leírás javított változatát. Több ilyen forduló után volt némi esély hibátlan layout dokumentáció előállítására. Ha a tervet a tervező jónak ítélte, a rétegek rajzolatait a TKI-ban kétrétegű fóliába is bevágták. Ezután finom kezű fiatal kolléganők preparálták ki a fóliákat, és megindulhatott az optikai maszk készítési eljárás.

Nyilvánvaló volt, hogy a mikroprocesszor maszkjai ezzel a hagyományos technikával nem állíthatók elő. A HIKI maszkfejlesztő bázisa, amely később a MEV maszkfejlesztésének is az egyik bázisa lett, tulajdonképpen ekkor jött létre egy mintagenerátor (pattern generátor) megvásárlásával. A mintagenerátor a korábbiakhoz képest fantasztikus sebességgel exponálta az egyes rétegek tízszeres nagyítású maszkjait. A rétegek leírási fázisának gyorsítására és hiba mentesebbé tételére un. digitalizáló asztalok is kerültek a TKI-ba. Az egyes áramköri részletek működését a TKI áramköri szimulációjával vizsgáltuk. A KFKI-ban Jávor András vezérlete alatt néhányan a helyben kifejlesztett kapuszintű logikai szimulációt (LOBSTER) felhasználva a megfejtők által szolgáltatott logikai vázlatok felhasználásával igazolta a teljes processzor helyes logikai működését.

A magyar mikroprocesszor megszületése

1978-79-ben a nagy tervező-munka résztvevőit már más problémák foglalkoztatták, a mikroprocesszor fejlesztési feladatok tömege a technológusokra nehezedett. Közben persze kiderült egy-egy maszkhiba, és ezt a HIKI-s tervező kollégáknak ki kellett javítaniuk, de az igazán fontos események a diffúziós kályhák és a maszkillesztő berendezések környékén történtek. Aki résztvett akár csak tervezőként - egy félvezető technológiai folyamat kimunkálásában, véglegesítésében, majd rutinszerű folyamatos ismétlésében, az tudja, mennyi apró részletproblémával kell megküzdeni. Messze nem elég a folyamat átfogó ismerete, a berendezések tökéletes műszaki állapota, a tisztaság különféle fokozatainak előírás szerinti tartása. Néha „mágikus műveletekre” is szükség van. Maguk a félvezető-technológusok büszkén, korántsem szakmájuk lebecsüléseként a szakácsművészethez való hasonlatosságot hangsúlyozzák.

A technológusok egy adott változat kidolgozásakor technológiai és áramköri tesztstruktúrákon dolgoznak egészen addig, amíg a technológiai és áramköri paraméterek a helyükre kerülnek. Ez nemcsak a technológiai folyamat állandó ismételgetéséből áll, de nagyszámú mérést és azok kiértékelését is igényli. A mikroprocesszor megvalósításának ez a szakasza a HIKI falain belül ment végbe. Személyes emlékem erről a szakaszról tehát nincs, de később, már a Mikroelektronikai Vállalat alkalmazásában személyesen is megismerhettem azokat az eszközfizikus kollégákat, akik az NMOS-2 variáns paramétereinek beállításánál méréseikkel közreműködtek.

Nem emlékszem már, melyik volt az 1980-as esztendőnek az a napja, amikor KFKI-beli főnökeink közölték az örömhírt; a HIKI-ben a technológus csoport egyik nekifutását siker koronázta, működik a magyar mikroprocesszor. Bevallom őszintén, én magam nem láttam a magyar mikroprocesszort sem működésben, sem mérésen kívül, lebegő állapotban. Azt is be kell ismernünk, hogy a céltípus, a 8080-A nimbusza is megkopott addigra, a magyar felhasználók jelentős része a Z-80-as típust favorizálta. Mégsem ez a két tény volt a legfájdalmasabb.

Az Izzó gyöngyösi gyára akkoriban kezdett 8080 szerelési tevékenységbe, vásárolt csipekkel. Ez azt jelentette, hogy egy másféle módon készült magyar mikroprocesszor is megjelent, és ez - legalábbis az lényegesen nagyobb darabszám miatt - alaposan elhomályosította a magyar-csipes hazai mikroprocesszor megszületésének a fényét.

Epilógus

Azok a szakemberek akik megcsinálták a magyar mikroprocesszort, később az élet legkülönbözőbb területein tevékenykedtek tovább, csak nagyon kis részüknek volt köze mikroelektronikai tervezéshez vagy technológiához.

Dr. Keresztes Péter írása nyomán

Részlet a "Fejezetek a magyar mikroelektronika történetéből" című könyvből ISBN: 963 00 8434 1