Введение

Физик, инженер, изобретатель и предприниматель

Федерико Фаггин (Federico Faggin; род. 1 декабря 1941) — итало-американский физик, инженер, изобретатель и предприниматель. Он наиболее известен как разработчик первого коммерческого микропроцессора Intel 4004. Он возглавлял проект 4004 (MCS 4) и проектную группу в течение первых пяти лет работы Intel над микропроцессорами. Работая в Fairchild Semiconductor в 1968 году, Фаггин также создал технологию самовыравнивающихся кремниевых затворов MOS (металл-оксид-полупроводник) (SGT), которая сделала возможным создание полупроводниковых чипов памяти MOS, матричных датчиков изображения CCD и микропроцессора. После 4004 он руководил разработкой Intel 8008 и 8080, используя свою методологию SGT для проектирования микросхем с произвольной логикой, что было необходимо для создания первых микропроцессоров Intel. Он был одним из основателей (вместе с Ральфом Унгерманном) и генеральным директором Zilog, первой компании, специализирующейся исключительно на микропроцессорах, и возглавил разработку процессоров Zilog Z80 и Z8. Позже он был одним из основателей и генеральным директором Cygnet Technologies, а затем Synaptics. В 2010 году он был удостоен Национальной медали в области технологий и инноваций за 2009 год — высшей награды, которой правительство США награждает за достижения, связанные с технологическим прогрессом. В 2011 году Фаггин основал Фонд Федерико и Эльвии Фаггин для поддержки научных исследований сознания в университетах и научно-исследовательских институтах США. В 2015 году Фонд Фаггина способствовал созданию эндаумента в размере 1 миллиона долларов для Президентского кресла по физике информации в Калифорнийском университете в Санта-Крузе с целью продвижения изучения «фундаментальных вопросов на стыке физики и смежных областей, включая математику, сложные системы, биофизику и когнитивные науки, объединенных общей темой информации в физике».

Образование и начало карьеры

Федерико родился в Виченце, Италия, и вырос в интеллектуальной обстановке. Его отец, Джузеппе Фаггин, был ученым, написавшим множество научных книг и переведшим с комментариями «Эннеады» Плотина с древнегреческого на современный итальянский язык. Федерико с ранних лет проявлял живой интерес к технологиям. Он посещал технический лицей в Виченце, I.T.I.S. Alessandro Rossi, а затем с отличием получил степень по физике (laurea, summa cum laude) в Падуанском университете.

Лаборатории исследований и разработок Olivetti

Фэггин присоединился к Olivetti в возрасте 19 лет. Там он совместно разработал и возглавил внедрение небольшого цифрового транзисторного компьютера с магнитной памятью объемом 4 K × 12 бит (1960). Позднее отдел исследований и разработок Olivetti создал один из первых в мире программируемых настольных электронных калькуляторов – Olivetti Programma 101 (1964). Получив этот первый опыт работы, Фэггин изучал физику в Падуанском университете и в 1965–1966 учебном году преподавал курс электроники в лабораторных работах для студентов-физиков третьего курса.

SGS-Fairchild

В 1967 году он присоединился к SGS Fairchild в Италии, где разработал первую технологию производства МОП-транзисторов с металлическим затвором и спроектировал первые две коммерческие интегральные схемы на МОП-транзисторах. В 1968 году SGS направила его в Калифорнию. После того, как Fairchild продала SGS Fairchild, Фаггин принял предложение завершить разработку технологии кремниевого затвора вместе с Fairchild.

Fairchild Semiconductor

Технология кремниевых затворов (SGT) – одна из самых значимых технологий, обеспечивших прогресс микроэлектроники после создания MOSFET. Без SGT создание первого микропроцессора в 1970–1971 годах было бы невозможно. В феврале 1968 года Федерико Фэггин присоединился к Fairchild Semiconductor в Пало-Альто, где возглавил проект разработки технологии кремниевых затворов MOS, MOSFET с самовыравнивающимися кремниевыми затворами, и стал автором уникальной архитектуры технологического процесса. SGT легла в основу всех современных интегральных схем NMOS и CMOS. Благодаря ей стало возможным создание полупроводниковых чипов памяти MOS в 1969–1970 годах, первого микропроцессора в 1970–1971 годах, а также первых ПЗС (приборов с зарядовой связью) и EPROM (электрически программируемой постоянной памяти) с плавающими кремниевыми затворами (1970–1971). SGT заменила собой ранее существовавшую технологию MOS с алюминиевыми затворами и была внедрена во всем мире в течение 10 лет, в конечном итоге вытеснив из употребления оригинальные интегральные схемы, созданные на биполярных транзисторах.

Ранние микропроцессоры Intel

Методология кремниевого проектирования Фэггина использовалась при создании всех ранних микропроцессоров Intel. 8080 стал значительным улучшением по сравнению с архитектурой 8008, при этом сохранив с ней программную совместимость. Он был значительно быстрее и проще в подключении к внешней памяти и устройствам ввода-вывода, чем 8008. Высокая производительность и низкая стоимость 8080 позволили разработчикам использовать микропроцессоры во множестве новых приложений, включая предшественников персональных компьютеров. Когда Фэггин покинул Intel в конце 1974 года, чтобы вместе с Ральфом Унгерманном основать Zilog, он занимал должность менеджера отдела исследований и разработок, ответственного за все продукты на основе МОП-технологии, за исключением динамической памяти. Процессор Z80 стал значительным улучшением по сравнению с 8080, сохранив при этом программную совместимость с ним. Он был гораздо быстрее и обладал более чем вдвое большим количеством регистров и инструкций, чем 8080, и являлся частью семейства компонентов, включавшего несколько интеллектуальных периферийных устройств (Z80 PIO – программируемый контроллер параллельного ввода-вывода; Z80 CTC – программируемый таймер-счетчик; Z80 SIO – программируемый контроллер последовательного интерфейса связи и Z80 DMA – программируемый контроллер прямого доступа к памяти). Это семейство чипов позволило создавать мощные и недорогие микрокомпьютеры с производительностью, сопоставимой с производительностью миникомпьютеров. Процессор Z80 имел существенно улучшенную структуру шины и структуру обработки прерываний по сравнению с 8080 и мог напрямую взаимодействовать с динамической оперативной памятью, поскольку включал встроенный контроллер обновления памяти. Z80 использовался во многих первых персональных компьютерах, а также в игровых системах, таких как MSX, ColecoVision, Master System и Game Boy. В 2017 году Z80 по-прежнему серийно производился как основной микропроцессор в различных системах на кристалле. Микроконтроллер Zilog Z8 (1978) был одним из первых микроконтроллеров, реализованных на одном чипе. Он объединял 8-битный процессор, оперативную память, постоянную память и средства ввода-вывода, достаточные для многих задач управления. Фэггин задумал Z8 в 1974 году, вскоре после основания Zilog, но затем решил отдать приоритет разработке Z80. Z8 был разработан в 1976–78 годах и до сих пор производится серийно.

Косистема коммуникации

Косистема коммуникаций (1984). Косистема была задумана Фэггином и разработана и произведена компанией Cygnet Technologies, Inc., вторым стартапом Фэггина. Подключаемая к персональному компьютеру и стандартной телефонной линии, Косистема могла автоматически обрабатывать все личные голосовые и данные коммуникации пользователя, включая электронную почту, доступ к базам данных, передачу изображения с экрана компьютера во время голосового общения, ведение журнала вызовов и т.д. Патент, покрывающий Косистему, широко цитируется в сфере персональных коммуникаций.

Синаптики

В 1986 году Фэггин стал соучредителем и генеральным директором Synaptics, занимая эту должность до 1999 года, а затем был председателем совета директоров с 1999 по 2009 год. Изначально Synaptics занималась исследованиями и разработками в области искусственных нейронных сетей для приложений распознавания образов с использованием аналоговых интегральных схем (VLSI). В 1991 году Synaptics представила I1000 – первый в мире оптический распознаватель символов, реализованный на одном чипе. В 1994 году Synaptics представила тачпад, призванный заменить громоздкий трекбол, использовавшийся в то время в ноутбуках. Тачпад получил широкое распространение в отрасли. Synaptics также разработала первые сенсорные экраны, которые впоследствии были внедрены в смартфоны и планшеты – приложения, которые сейчас доминируют на рынке. Фэггин предложил общую концепцию продукта и возглавил группу инженеров, которые в ходе многочисленных мозговых штурмов доработали эту идею. Фэггин является соавтором десяти патентов, принадлежащих Synaptics. В настоящее время он является почетным председателем Synaptics.

Фовеон

Во время работы в должности президента и генерального директора Foveon с 2003 по 2008 год Фэггин возродил компанию и определил новое технологическое и бизнес-направление, что привело к созданию датчиков изображения, превосходящих лучшие датчики конкурентов по всем ключевым параметрам, при этом занимающих примерно вдвое меньшую площадь кристалла по сравнению с конкурирующими устройствами. Фэггин также руководил успешным приобретением Foveon японской корпорацией Sigma в ноябре 2008 года.

Фонд Федерико и Эльвии Фаггин

Основанный в 2011 году "Фонд Федерико и Эльвии Фаггин" поддерживает научные исследования сознания в университетах и научно-исследовательских институтах США. Целью Фонда является углубление понимания сознания посредством теоретических и экспериментальных исследований. Интерес Фэггина к сознанию берет начало в изучении искусственных нейронных сетей в компании Synaptics, которую он основал в 1986 году, и побудил его к вопросу о том, возможно ли создать компьютер, обладающий сознанием.

Теория сознания

В книге (Mondadori, 2022) Федерико Фаггин предложил теорию сознания, согласно которой сознание является чисто квантовым явлением, уникальным для каждого из нас. Эта теория подкрепляется двумя теоремами квантовой физики: теоремой о невозможности клонирования и теоремой Холево. Первая утверждает, что чистое квантовое состояние невоспроизводимо; вторая ограничивает количество измеримой информации до одного классического бита на каждый кубит, описывающий состояние. Следовательно, можно предположить, что квантовая система, находящаяся в чистом состоянии, осознает само себя, поскольку сознательные переживания (qualia) обладают всеми существенными свойствами чистых состояний, то есть это приватное знание, минимально доступное для внешнего наблюдения. Однако математическое описание переживания (чистое состояние) не является самим переживанием, которое остаётся приватным и познаваемым лишь изнутри системой, находящейся в этом состоянии. Ни одна классическая машина не может быть сознательной, поскольку классическая информация воспроизводима (программы и данные могут быть скопированы идеально), в то время как квантовое состояние является приватным. Таким образом, сознание не связано с функционированием тела и может продолжать существовать даже после смерти тела. Тело функционирует как дрон, управляемый сознанием "сверху вниз". Новая теория Д’Ариано-Фаггина основана на теоретических исследованиях профессора Джакомо Д’Ариано, который вывел квантовую теорию из информационных принципов, и на эмпирических, философских и научных исследованиях Федерико Фаггина о природе сознания.

О технологии MOS кремниевых ворот (SGT) для IC и Fairchild 3708 (первое применение SGT)

Faggin, F., Klein, T., и Vadasz, L.: Интегральные схемы на полевых транзисторах с изолированным затвором и кремниевыми затворами. Технология Silicon Gate с самовыравнивающимися затворами была представлена ее разработчиком, Федерико Фаггином, на Международной конференции по электронным устройствам IEEE 23 октября 1968 года в Вашингтоне, округ Колумбия. Эта новая технология сделала возможным создание динамической оперативной памяти, энергонезависимой памяти, датчиков ПЗС и микропроцессора. Федерико Фаггин и Томас Клейн: «Новое поколение МОП-устройств с низким порогом напряжения на гребне новой волны, IC на кремниевых затворах». Статья, опубликованная в журнале Electronics (29 сентября 1969 года), представляет Fairchild 3708 – первую в мире коммерческую интегральную схему, использующую технологию Silicon Gate, разработанную Федерико Фаггином в Fairchild в 1968 году. Ф. Фэггин, Т. Клейн: Технология кремниевых затворов. «Электроника твердого тела», 1970, Vol. 13, стр. 1125–1144.

На микропроцессоре Intel 4004

Ф. Фэггин и М. Э. Хофф: "Стандартные детали и индивидуальная разработка объединяются в четырехчиповом процессорном комплекте". Electronics, 24 апреля 1972 г.
Ф. Фэггин и др.: "МКС 4 – микрокомпьютерная система на основе интегральных схем с высокой степенью интеграции (LSI)". Конференция IEEE 1972 года, Регион 6. Faggin, Federico; Capocaccia, F. "Новый интегрированный МОП-сдвиговый регистр", Труды XV Международного конгресса по электронике, Рим, апрель 1968 г., стр. 143–152. В этой статье описывается новый статический МОП-сдвиговый регистр, разработанный в SGS Fairchild (ныне ST Micro) в конце 1967 года, до того как Федерико Фэггин присоединился к отделу исследований и разработок Fairchild в Пало-Альто (Калифорния) в феврале 1968 года. Позже Фэггин использовал этот новый сдвиговый регистр в чипах МКС 4, включая 4004. Инициалы Ф. Ф. (Федерико Фэггин) на проекте 4004 (1971). На чипе 4004 выгравированы инициалы его разработчика, Федерико Фэггина, – F. F. Подпись на чипе была спонтанным жестом гордости за авторство и также оригинальной идеей, которой впоследствии подражали многие разработчики Intel. Инженерный прототип печатной калькуляторной машины Busicom 141 PF (1971). (Подарок Федерико Фэггина Музею истории компьютеров, Маунтин-Вью, Калифорния). В каталоге коллекции CHM представлены фотографии инженерного прототипа настольного калькулятора Busicom 141 PF. В инженерном прототипе использовался первый в мире произведенный микропроцессор. Этот уникальный прототип был личным подарком президента Busicom, господина Ёсио Кодзимы, Федерико Фэггину за его успешное руководство разработкой и созданием 4004 и трех других чипов памяти и ввода-вывода (чипсета МКС 4). После 25 лет хранения дома Фэггин передал его в CHM в 1996 году.

Статьи

"Рождение микропроцессора" Федерико Фаггина. Byte, март 1992, Vol.17 No.3, стр. 145–150. "История 4004" Федерико Фаггина, Марсиана Э. Хоффа-младшего, Стэнли Мазора, Масатоси Шимы. IEEE Micro, декабрь 1996, том 16, номер 6. "Микропроцессор 4004: разработка Faggin, Hoff, Mazor и Shima". IEEE Solid State Circuits Magazine, Зима 2009, том 1, No.1. "Технология кремниевых затворов MOS и первые микропроцессоры" Федерико Фаггин. La Rivista del Nuovo Cimento, 2015 год, выпуск 12 декабря. SIF (Итальянское физическое общество). "Как мы создали микропроцессор" Федерико Фаггина. Nature Electronics, Vol. 1, январь 2018. Опубликовано онлайн: 8 января 2018. "Трудная проблема и свободная воля: информационно-теоретический подход" Джакомо Мауро Д'Ариано и Федерико Фаггин. arXiv:2012.06580 28 января 2021.