Ein Projekt das Jack Kilby ihm anvertraute führte für Charles „Bob“ Cook zur Entwicklung der ersten integrierten Schaltkreise, die jemals die Erde umrundeten – und war entscheidend für zukünftige elektronische Bauteile in der Raumfahrt.

07 Juli, 2021
 

Jack Kilby stand zwei Jahre vor seiner Erfindung des integrierten Schaltkreises (IC), als er zum Leiter des neuen Halbleiter-Labors bei TI befördert wurde. Das war im Jahr 1961. Er arbeitete zu dem Zeitpunkt an drei wichtigen Aufträgen – und bei jedem gab es Schwierigkeiten.

Er war mit der Herstellung speziell angefertigter ICs für das Minuteman Raketenlenksystem und ICs für ein Computersystem der U.S. Air Force beauftragt worden. Bei dem dritten Projekt handelte es sich um einen besonders herausfordernden NASA-Auftrag – und Jack wusste genau, wer das Projekt leiten sollte.

Charles “Bob” Cook war ein junger, aber brillanter Ingenieur, der ein besonderes Händchen bei der Fehlersuche bei Halbleitern bewiesen hatte. Jack wählte Bob als leitenden Ingenieur für das NASA-Projekt – und mit seiner Entscheidung sollte sich die Weltraumforschung für zukünftige Generationen verändern.

“Ich dachte, ich könnte es schaffen. Als ich mir die Problemstellung ansah, schien es mathematisch möglich,” sagte Bob.

Aufbruch zum Mond

Die NASA wollte mit ihren anstehenden bemannten Apollo-Missionen zum Mond. Um das zu schaffen, mussten sie zum einen die Leistung ihrer Computer verbessern und zum anderen das Gewicht ihrer Module verringern. Folglich war die Weltraumbehörde schon dabei die diskreten Transistor-Schaltkreise mit integrierten Schaltkreisen zu ersetzen. Jack hatte der NASA schon vorher unseren ersten kommerziellen IC – den TI SN502 – zum Preis von ungefähr 450 USD geliefert. Aber die NASA brauchte eine Alternative, die ihr mehr Leistung und Geschwindigkeit bei gleichbleibendem Formfaktor bieten konnte.

SN514 IC TI Apollo Weltraum

Der SN514 war der erste integrierte Schaltkreis, der die Erde umrundete (Foto mit freundlicher Genehmigung von Industrial Alchemy)

Die Herausforderung für Jack bestand darin, eine Serie von digitalen Logik ICs zu entwickeln, die den SN502 ersetzen sollten, aber 10 mal schneller sein mussten und ein Zehntel der Leistungsanforderungen aufweisen mussten. Die ICs sollten der NASA dabei helfen mehr Rechenleistung bei reduzierten Gewicht zu erreichen. Und die NASA brauchte den Baustein innerhalb von 10 Monaten.

Die Herausforderung für Jack bestand darin, eine Serie von digitalen Logik ICs zu entwickeln, die den SN502 ersetzen sollten, aber 10 mal schneller sein mussten und ein Zehntel der Leistungsanforderungen aufweisen mussten. Die ICs sollten der NASA dabei helfen mehr Rechenleistung bei reduzierten Gewicht zu erreichen. Und die NASA brauchte den Baustein innerhalb von 10 Monaten.

Das IC-Geschäft stand auf wackeligen Beinen. Obwohl viele den Entwicklungen positiv gegenüberstanden, gab es gerade zu Beginn des IC-Projekts auch viele Kritiker. Die Produktionsausbeute war extrem niedrig und die betriebswirtschaftlichen Herausforderungen stellten eine massive Hürde für eine Massenproduktion dar. Aber Patrick Haggerty, einer der Mitbegründer von TI, und Jack glaubten an den Erfolg des Projekts.

Und sie sollten Recht behalten.

„Damals bestand unser Hauptgeschäft aus Verteidigungsverträgen, und sie alle wollten kleinere und leichtere Bausteine,“ erzählte Max Post, ein TI-Mitarbeiter im Ruhestand. „Haggerty glaubte sehr stark an den IC und an seinen Erfolg. Der IC stellte sich als die wichtigste Entwicklung zur Reduzierung der Größe und des Gewichts dieser Systeme heraus.“

Der Grundstein für weitere Innovationen

Bob arbeitete von früh bis spät, sechs Tage die Woche – und nach dem Kirchgang am Sonntag – um die Deadline einzuhalten. Er ging persönlich in die Fabrik und wählte jeden Wafer sorgfältig aus, um die bestmögliche Ausbeute zu erzielen. Nur ungefähr 50 % der Chips waren funktionstüchtig, also prüfte er jeden einzelnen der aussortierten Chips mit einer Pinzette, um herauszufinden, welche Änderungen nötig wären, um eine bessere Ausbeute zu erzielen.

„Wir taten zwei Dinge, die wir noch nie vorher getan hatten,“ sagte Bob, der inzwischen 88 Jahre alt ist und in West Palm Beach, Florida lebt. „Wir fanden einen Weg, um zwei Transistoren auf einem Chip festzumachen und wir gaben Oxid auf die Oberfläche des Siliziums, um darauf die elektrischen Leiter befestigen zu können und so die Transistoren zu verbinden.“

So wurden die integrierten Schaltkreise der Serie 51 geboren.

Serie 51 IC TI Apollo WeltraumBob Cook hält die Ausgabe des Fortune Magazine vom November 1961 mit einem Chip der Serie 51 auf der Titelseite hoch.

Die Serie 51 – auch auf der Titelseite der Ausgabe vom November 1961 des Fortune Magazine abgebildet – war ein Satz von sechs Digitalen Logik Schaltkreisen basierend auf der Widerstand-Kondensator-Transistor-Technologie mit geringerem Stromverbrauch in einem kleinen, flachen Gehäuse. Unser Unternehmen hatte damit seinen ersten vollständigen, kompatiblen Logiksatz entwickelt, der als Grundlage für die moderne Computertechnik gilt und den Begriff „Serie“ eingeführt. In einem Zeitraum von ungefähr drei Jahren wurden die ICs unter dem Markennamen Serie 51, 52, 53 und 54 schnell in der gesamten Branche bekannt. Den SN5400, ein vierkanaliges NAND-Gatter mit zwei Eingängen in Militärqualität für Militär-Funkgeräte, gibt es auch heute noch. 

„Ich sagte zu Jack, dass wir viel mehr Dinge auf den Chip packen und ihn dann so modifizieren können, dass er für viele andere Anwendungen von Nutzen sein kann,“ sagte Bob. „Die zwei anderen Projekte stiegen schließlich auch auf die Serie 51 um, was zum Erfolg der Projekte beitrug. Wir schafften es mit unserem Baustein, ihn von allen drei Herausforderungen, die ihm Kopfschmerzen bereiteten, zu befreien.”

Die Verbesserungen an der Serie 51 bildeten die Grundlage für weitere Produkte, die unser Unternehmen heute anbietet. Sie waren Wegbereiter für die gesamte IC-Technologie, auf die wir uns in unserer zunehmend digitalen Welt verlassen.

„Ich glaube wir können mit Sicherheit sagen, dass in bestimmt 99 % aller Dinge mit denen wir interagieren – angefangen bei billigem Kinderspielzeug bis hin zu Unterhaltungselektronik und Fabrikautomatisierung – irgendeine Art von Logik-Gatter ist,” sagte Michael Shultis, der als Marketing- und Anwendungsmanager für Logikprodukte in unserem Unternehmen arbeitet. „Aufgrund der Entwicklungen an der Serie 51 und schließlich auch an der Serie 54 ist der gegenwärtige Logik-Halbleitermarkt explodiert.“

‘Ich habe nur meine Arbeit gemacht’

Kurz nach dem Thanksgiving-Fest 1963, und ohne viel Aufhebens, schickte die NASA den Explorer 18, den ersten Satelliten der interplanetarischen Überwachungsplattform, ins All. Der Satellit sammelte Daten über kosmische Strahlung im All zur Unterstützung der geplanten Apollo-Missionen.

Serie 51 TI Apollo Weltraum Bob CookBob Cook hält den SN502 in der Hand, den ihm Jack Kilby als Dank für seine Arbeit an der Serie 51 geschenkt hatte.

Auf den ersten Blick erscheint der Start ganz normal. Aber für die Zukunft der Raumfahrtelektronik war es ein außergewöhnlich wichtiges Ereignis: Und als Kernstück des Optical Aspect Computers an Bord befand sich ein Paar der ICs der Serie 51, entwickelt von Bob und seinem Team in unserem Unternehmen – der SN510 und der SN514 – und sie waren die ersten ICs, die jemals die Erde umrundeten.

Bob, der damals keine Ahnung hatte, dass seine ICs die ersten im Weltraum sein würden, sagte:  „Ich wusste es damals nicht, aber ich glaubte, dass es so sein könnte, aufgrund dessen wer sie [die ICs] hatte. Ich wusste nie in welchen Systemen meine Entwicklungen eingesetzt wurden. Ich habe nur meine Arbeit gemacht.“

Bob verließ TI kurz vor dem Start von Explorer 18. Er kann auf eine bemerkenswerte 45-jährige Karriere zurückblicken und ging 2002 nach seiner Arbeit bei Siemens in den Ruhestand. Er besitzt 22 Patente, darunter eines für Airbag-Sensoren, an denen er arbeitete bevor Airbags zur Standardausrüstung in Autos wurden. Als die NASA die Serie 51 erhielt, schickte sie den Original-Mikrochip von Jack – den SN502 – an TI zurück. Jack schenkte ihn Bob als Dankeschön für seine Arbeit. Bob hat ihn noch heute.

„Ich hatte ein gutes Leben und war in meiner gesamten Karriere produktiv und kreativ,“ sagte Bob. „Bei TI lernte ich die Fehlersuche bei Halbleitern, womit ich mich für den Rest meiner Karriere beschäftigte. Ich wurde mit einem Talent gesegnet und ich erhielt die Möglichkeit es zu nutzen. Jack und ich standen uns sehr nahe und wir taten viel Gutes. Die Zusammenarbeit mit ihm war einer der Höhepunkte meiner Karriere.“