अमृतांशु नेरुरकर,‘चिप’-उद्योगात कार्यरत असलेले तज्ज्ञ.
टेक्सास इन्स्ट्रमेन्टस् (टीआय) या कंपनीत नुकता लागलेल्या जॅक किल्बीला पुढं ‘नोबेल’ मिळालं; पण रॉबर्ट नॉइसचं काय?
‘ट्रान्झिस्टर स्विच’चा शोध हा एकंदरीत इलेक्ट्रॉनिक्स क्षेत्रासाठी क्रांतिकारक होता हे खरं असलं तरीही निर्वात नलिकेऐवजी (व्हॅक्युम टय़ूब) त्याचा प्रत्यक्षात वापर होण्यासाठी त्याची किफायतशीर पद्धतीनं मोठय़ा प्रमाणावर निर्मिती होण्याची आवश्यकता होती. व्यावसायिक स्तरावर कोणत्याही गोष्टीचं उत्पादन करणं ही समस्या वैज्ञानिक वा भौतिकशास्त्राशी नव्हे तर अभियांत्रिकी क्षेत्राशी निगडित असते, आणि नेमका यात ट्रान्झिस्टरचा शोध जिथं लागला त्या बेल लॅब्स या संस्थेला फारसा रस नव्हता. बेल लॅब्स आणि त्यात कार्यरत असलेले वैज्ञानिक हे मूलभूत किंवा उपयोजित विज्ञान शाखांत नवनवीन प्रकारच्या संशोधनात गुंतलेले असल्यानं त्यांचा दृष्टिकोन हा शास्त्रीय अधिक आणि व्यावहारिक कमी होता. म्हणूनच ट्रान्झिस्टरचा शोध लावणाऱ्या वॉल्टर ब्रॅटन आणि जॉन बार्डिन या दोघाही शास्त्रज्ञांनी ट्रान्झिस्टरला व्यावसायिक वापरायोग्य बनविण्याच्या कामात फारशी रुची दाखवली नाही.
या दोघांसह ट्रान्झिस्टरच्या शोधात गुंतलेल्या विल्यम शॉकलीनं व्यावहारिक दृष्टिकोनातून बेल लॅब्सला सोडचिट्ठी देऊन स्वत:ची ‘शॉकली सेमीकंडक्टर’ ही कंपनी स्थापन केली होती खरी; पण अनेक ट्रान्झिस्टर्सना एकत्र आणण्यासाठी लागणाऱ्या कार्यक्षम प्रक्रियेपर्यंत तो पोहोचला नव्हता. अशा वेळेला या क्षेत्राला पुढच्या पायरीवर नेण्यासाठी अभियांत्रिकी क्षेत्रात कार्यरत असणाऱ्या व्यावसायिक आस्थापनांकडून प्रयत्न होणं गरजेचं होतं. इथे बेल लॅब्सची मूळ कंपनी ‘एटी अ‍ॅण्ड टी’नं घेतलेला एक निर्णय या क्षेत्राच्या विस्तारासाठी प्रचंड हितावह ठरला. एटी अ‍ॅण्ड टी ही दूरसंचार क्षेत्रात काम करत असल्यानं ट्रान्झिस्टरच्या शोधाचा थेट वापर करण्यासाठी तिच्याकडे कोणतंच उत्पादन नव्हतं. पण एटी अ‍ॅण्ड टीकडे या शोधाचे एकस्व (पेटंट) असल्यानं तिनं इतर कंपन्यांना ट्रान्झिस्टर वापरण्याचा परवाना (लायसन्स) २५ हजार अमेरिकी डॉलरच्या बदल्यात देण्याचा निर्णय घेतला.
या परवान्याचा उत्कृष्टपणे वापर करून ट्रान्झिस्टरचे व्यावसायिक स्तरावर उपयोजन सर्वात पहिल्यांदा अमेरिकास्थित टेक्सास इन्स्ट्रमेन्टस् (टीआय) या कंपनीनं केला. टीआय ही ‘अ‍ॅनालॉग इलेक्ट्रॉनिक्स’ क्षेत्रात (या क्षेत्रासंबंधी माहिती आपण पुढील लेखांमधून घेणार आहोत) आजही जागतिक स्तरावरील एक अग्रगण्य कंपनी म्हणून ओळखली जाते. १९५० च्या दशकातही ती इलेक्ट्रॉनिक क्षेत्रातील एक आघाडीची कंपनी होती व विशेषत: अमेरिकी संरक्षण तसेच लष्करी साधनसामग्रीकरिता इलेक्ट्रॉनिक्स तंत्रज्ञान पुरवण्याचं काम करत असे. अमेरिकेनं इराक युद्धात वापरलेल्या ‘पेव्ह-वे’ या लेसर गायडेड बॉम्बसाठी सेमीकंडक्टर चिपचं तंत्रज्ञान टीआयनंच पुरवलं होतं.
एटी अ‍ॅण्ड टीकडून परवाना घेतल्यानंतर वेगवेगळय़ा ट्रान्झिस्टर्सना एकत्र आणून व त्यांच्या कार्यासाठी आवश्यक असलेली विविध तारांची जोडणी (वायिरग) सुटसुटीतपणे मांडण्यासाठीच्या संशोधनाला टीआयनं आपल्या केंद्रीय प्रयोगशाळेत (सेंट्रल रिसर्च लॅब) सुरुवात केली. १९५८ साली जॅक किल्बी हा निष्णात विद्युत (इलेक्ट्रिकल) अभियंता टीआयमध्ये दाखल झाला. नुकताच नोकरीवर रुजू झाल्याने किल्बीकडे फारशा सुट्टय़ांचा साठा शिल्लक नव्हता. त्या वर्षीच्या उन्हाळय़ात, जेव्हा त्याचे बरेचसे सहकारी सुट्टीवर जात होते, किल्बी टीआयच्या प्रयोगशाळेत ट्रान्झिस्टर संरचनेच्या संशोधनात गुंतला होता.
जुलै महिन्यातले दोनएक आठवडे किल्बी प्रयोगशाळेत अक्षरश: एकटा होता. त्यामुळे अशा प्रकारच्या संशोधनासाठी लागणारी मानसिक शांती व निवांतपणा किल्बीला अनायासे मिळाला. त्याला हे जाणवत होतं की सध्याच्या ट्रान्झिस्टर संरचनेतील किचकटपणा हा मूलत: त्याच्या वायिरगच्या जडबंबाळ जोडणीमुळे आहे. ट्रान्झिस्टरच्या कार्यक्षम वापरासाठी कमीत कमी व सुटसुटीतपणे वायिरगचा वापर कसा करता येईल यावर त्यानं आपलं सर्व लक्ष केंद्रित केलं. किल्बीला हे लक्षात आलं की प्रत्येक ट्रान्झिस्टरचं आरेखन (डिझाइन) वेगवेगळय़ा अर्धसंवाहक (सेमीकंडक्टर) पदार्थावर करण्यापेक्षा जर अनेक ट्रान्झिस्टर्सचं आरेखन एकाच अर्धसंवाहकाच्या पट्टीवर केलं तर वायिरगची गरज पुष्कळ पटीनं कमी होईल. केवळ दोन आठवडय़ांच्या आत, त्याचे सहकारी सुट्टीवरून परत यायच्या आधीच, किल्बीने ही कल्पना प्रत्यक्षात आणली व सिलिकॉन किंवा जर्मेनियम अशा अर्धसंवाहकाच्या एकसंध अशा पट्टीवर अनेक ट्रान्झिस्टर्सचं एकत्रीकरण करून चिप आरेखनाचं एकात्मिक मॉडेल तयार केलं.
किल्बीनं आपल्या या नवनिर्मित आरेखनाच्या शोधाला ‘इंटिग्रेटेड सर्किट’ असं चपखल नाव दिलं. आज याच इंटिग्रेटेड सर्किट किंवा ‘आयसी’ला आपण अनौपचारिकपणे ‘चिप’ असं संबोधतो. १९६०च्या दशकात एका चिपमध्ये १०० ते जास्तीत जास्त १००० ट्रान्झिस्टर्स असत. १९७१ मध्ये इंटेलनं जेव्हा आपली पहिली मायक्रोप्रोसेसर चिप (इंटेल ४००४) बाजारात आणली, तेव्हा २३०० ट्रान्झिस्टर्स असलेली ती त्या काळची अत्याधुनिक चिप होती. आजघडीला उपलब्ध असलेल्या कोणत्याही संगणक किंवा मोबाइल फोनमध्ये वापरण्यात येणाऱ्या मायक्रोप्रोसेसर चिपमधल्या ट्रान्झिस्टर्सची संख्या ही काही शे कोटी (किंवा अत्याधुनिक चिपच्या बाबतीत काही हजार कोटी) एवढी भरेल. यावरूनच सेमीकंडक्टर तंत्रज्ञानानं गेल्या ५०- ६० वर्षांत किती मोठा पल्ला गाठला आहे हे समजू शकतं.
अनेक ट्रान्झिस्टर्सच्या एकत्रीकरणातून तयार झालेल्या सेमीकंडक्टर चिपचं इंटिग्रेटेड सर्किट हे नामकरण जरी टीआयमध्ये झालं असलं तरीही चिपचा शोध केवळ किल्बीनं किंवा टीआयनंच लावला असं म्हणणं तितकंसं योग्य ठरणार नाही. किल्बीच्या शोधाच्या आसपासच त्याला दूरान्वयानंही न ओळखणाऱ्या दुसऱ्या एका अभियंत्यानंही इंटिग्रेटेड सर्किटचा शोध लावला होता (जरी त्यानं हे नाव त्या शोधाला दिलं नव्हतं). रॉबर्ट किंवा बॉब नॉइस हे त्या अभियंत्याचं नाव!
आज नॉइसचं नाव हे ‘इंटेल’ या त्यानं संयुक्तपणे स्थापन केलेल्या कंपनीशी अधिक ठळकपणे जोडलं गेलं असलं तरीही नॉइसला इंटिग्रेटेड सर्किटचा शोध इंटेलमध्ये लागला नाही. इंटेलच्या स्थापनेआधी ‘शॉकली सेमीकंडक्टर’मध्ये काम करत असताना विल्यम शॉकलीच्या विक्षिप्तपणाला आणि एककल्ली वागण्याला कंटाळून नॉइसनं कंपनीला रामराम ठोकला आणि त्याच्यासह काम करणाऱ्या इतर सात अभियंत्यांना घेऊन ‘फेअरचाइल्ड सेमीकंडक्टर’ या कंपनीची कॅलिफोर्नियामध्येच स्थापना केली.
फेअरचाइल्ड सेमीकंडक्टरकडेही ट्रान्झिस्टर वापरण्याचा परवाना होता. आपल्या सहकाऱ्यांबरोबर संशोधन करत असताना नॉइसनं ट्रान्झिस्टर आरेखनाची एक वेगळी पद्धत शोधून काढली ज्यात दोन ट्रान्झिस्टरना जोडणाऱ्या तारांच्या थराची मांडणीदेखील अर्धसंवाहकाच्या पट्टीवरच करायला सुरुवात केली. त्याचबरोबर ट्रान्झिस्टर्सना धूळ किंवा इतर कणांपासून वाचवण्यासाठी अर्धसंवाहकावर सिलिकॉन डायऑक्साईडचा एक थर लावण्याची एक नवी पद्धत त्यानं सुरू केली, ज्यामुळे चिपची विश्वसनीयता कैक पटींनी वाढली. नॉइसने स्वतंत्रपणे लावलेल्या शोधातही अनेक ट्रान्झिस्टर्सना एकात्मिक पद्धतीने एकाच अर्धसंवाहकाच्या पट्टीवर रचलं जात असल्यामुळे इंटिग्रेटेड सर्किटचा शोध समांतरपणे नॉइसनंही लावला या विधानावर कोणी आक्षेप घेण्याची शक्यता नाही.
नॉइसनं शोधलेली पद्धत (ज्यात ट्रान्झिस्टर्स व त्यांना जोडणाऱ्या तारांना अर्धसंवाहक पट्टीच्या विविध प्रतलांवर रचलं जात असल्यानं तिला ‘प्लेनर पद्धत’ असं म्हटलं जातं) ही किल्बीच्या संरचनेपेक्षा तांत्रिकदृष्टय़ा नक्कीच श्रेष्ठ होती. चिपच्या रचनेतच तारांची जोडणीही अंतर्भूत असल्याने एकतर उत्पादनाला सुटसुटीतपणा आला होता, ज्याचा उपयोग चिपचे उत्पादन मोठय़ा प्रमाणावर करण्यास नक्कीच होणार होता. त्याचबरोबर नॉइसच्या प्लेनर पद्धतीमुळे कमीत कमी जागेत अधिकाधिक ट्रान्झिस्टर्सना बसवणंही शक्य होत होतं ज्यामुळे चिपच्या कार्यक्षमतेत उत्तरोत्तर वाढ होणं शक्य होणार होतं.
चिपच्या सूक्ष्मीकरणाची (मिनिएचरायझेशन) ही नांदी होती. म्हणूनच पुढील अनेक दशकं एका बाजूला जरी चिपचा आकार लहान होत गेला तरी दुसऱ्या बाजूला त्याची कार्यक्षमता भूमितीश्रेणीनं वाढत गेली आणि त्याचबरोबर त्याची किंमतही कमी होत गेली. १९७०च्या दशकाच्या सुरुवातीला इंटेलच्या वीस अमेरिकी डॉलर किमतीच्या अत्याधुनिक ‘मेमरी चिप’ची विदा साठवणुकीची क्षमता १०२४ बिटस् एवढी होती. ‘बिट’ हे डिजिटल स्वरूपात माहिती साठवण्याचं सर्वात मूलभूत एकक – एका बिटमध्ये द्विमान पद्धतीतला एक अंक, ‘०’ किंवा ‘१’, साठवण्याची क्षमता असते. म्हणजेच साधा हिशेब केला तर एका बिटमागे वापरकर्त्यांला जवळपास २ सेंट्स् मोजावे लागत. आज विदा साठवणुकीकरिता वापरात येणाऱ्या पेन ड्राइव्हची किंमत साधारणपणे वीस डॉलर एवढी भरेल आणि त्याची साठवण्याची क्षमता मात्र काही शे कोटी बिटस् इतकी नक्कीच असेल!
इंटिग्रेटेड सर्किटच्या क्रांतिकारी शोधासाठी किल्बीला २००० सालचं भौतिकशास्त्रासाठीचं नोबेल पारितोषिक मिळालं. आयसीचा समांतरपणे शोध लावणाऱ्या आणि चिप तंत्रज्ञानाच्या ग्राहकाभिमुख प्रसारासाठी आयुष्यभर झटणाऱ्या नॉइसचं मात्र तोवर दुर्दैवानं निधन झालं होतं.
(जॅक किल्बी)
