Kada sam sa prijateljima razgovarao i spominjao Jack Kilbyja kao pronalazača i naučnika koji je veoma zaslužan za razvoj tehnike i tehnologije druge polovine XX i početka XXI vijeka gotovo da niko nije čuo za njega. To je skoro uobičajena sudbina mnogih naučnika u našem vremenu, jer svi će se iz tog vremena sjećati i spominjati imena pjevača, glumaca, državnika, diktatora, a rijetko ko će se sjetiti da oda priznanje čovjeku koji je pronašao integralno kolo, poznatije kao mikročip, koje će izvršiti revoluciju u mikroelektronici i u našim životima i za koju će 2000. godine dobiti Nobelovu nagradu za fiziku. Jack Kilby – Prometej elektronike.
Piše: prof. dr. Nenad Tanović
 
Čovjek koji je širom otvorio puteve prema eri računara i istraživanju svemira rođen je 8. novembra 1923. u gradiću Jefferson, Missoury . Roditelji Vina Freitag Kilby i Hubert Kilby su oboje završili fakultete na Univerzitetu Illinois at Urbana-Champaign, ali je posao koji je imao njegov otac kao menadžer lokalne kompanije za proizvodnju električne struje doveo ih do preseljenja iz Missouri-a u Kanzas gdje je u gradiću Great Bend (Velika okuka ili Veliki zaokret, tako simbolično za priču koju pričamo). Otac postao predsjednik kompanije, a sin išao u školu. I danas znakovi na ulazu u grad podsjećaju na to da je baš tu Jack Kilby išao u srednju školu Great Bend. 
 
Kupci struje su bili iz široke seoske oblasti zapadnog Kanzasa. Kasnije, kada se sjećao šta je to što ga je opredjelilo za elektroniku kao životni poziv, Jack se sjećao da je to bilo vezano za radioamaterizam njegovog oca koji je održavao na taj način vezu sa svojim mušterijama čak i onda kada su zbog snježnih oluja ovi bili bez električnog napajanja i telefonskih veza. U isto vrijeme Jack je razvio ljubav prema  muzičkim orkestrima koje je slušao na radiju što će ga pratiti kroz cijeli život.
 
Nakon završetka srednje škole upisao se na elektrotehniku na Univerzitetu Illinois at Urbana-Champaign gdje je pohađao i kurseve iz fizike vakuumskih cijevi. Fakultet je završio 1947., godinu dana prije nego su Bell Laboratorije objavile pronalazak tranzistora. Njegove redovne studije su bile prekinute zbog služenja vojnog roka za vrijeme Drugog svjetskog rata gdje je kao tehničar bio u armijskom centru za popravku radio stanica u Indiji. Nakon povratka u SAD završio je studij i vjenčao se sa  Barbarom Annegers 1948.
 
Prvo zaposlenje mu je bilo u kompaniji Centralab iz Milwaukee-a Wisconsin na dizajniranju električnih kola koja su se koristila u komponentama za radio aparate, televizore i slušne aparate. U isto vrijeme je pohađao večernja predavanja na Univerzitetu Wisconsin završivši tako 1950. magistarski studij iz elektrotehnike. 1952. Centralab ga je poslao na simpozijum o tranzistorima u Bell Laboratorije gdje je iz prve ruke mogao da se informiše o radu pronalazača tranzistora John Bardena, Walter Brattaina i William Bradford Shockleya. 
 
Taj boravak je bio dio razvoja Centralab-a, jer su oni od Bell-a kupili licencu za proizvodnju i korištenje tranzistora. Vrativši se Kilby je počeo raditi na germanijum baziranim tranzistorima koji bi se koristili u slušnim uređajima. Kao i drugi inžinjeri elektrotehnike tog vremena bio je frustriran činjenicom da je bilo potrebno mnogo vremena da se naprave električne veze između svih dijelova koji su uz to bili od različitih materijala. Ogromna veličina uređaja koji su se zasnivali na hiljadama dijelova i međusobnih veza je bio tada osnovni problem elektroničke industrije. 
 
Kilby je počeo da razmišlja o tome da bi taj problem mogao da ima rješenje kada bi sve individualne komponente elektonskog kola mogle biti izrađene na jedinstvenom bloku materijala. Spoznavši to odlučio se za drugu, veću kompaniju koja je takođe od Bell-a otkupila licencu za proizvodnju tranzistora, i koja je imala veće mogućnosti.
 
 
 
1958. godine Jack se zajedno sa suprugom preselio u Dallas, Texas jer je to bila jedina kompanija (Texas Instruments) koja mu je dozvoljavala da se puno radno vrijeme posveti traženju načina za proizvodnju što manjih i što efikasnijih električnih komponenti. Kako je tada Texas Instruments kao kompanija imala kolektivni godišnji odmor u mjesecu julu, a Jack Kilby kao novi zaposlenik nije imao pravo na taj odmor, to je imao tri nedelje sve laboratorije na raspolaganju. Kilby je već ranije u svojim bilješkama dizajnirao kola za koja je vjerovao da će biti efikasnija, jer poluprovodnički materijali dozvoljavaju struji da se kreće kroz njih pa je moguće da osim tranzistora i svi ostali elementi (otpornici, kondenzatori, …) mogu biti povezani na sličan način. 
 
I premda je poluprovodnički materijal skuplji od standardnih provodničkih materijala činjenica da su veze kraće i pakovanja gušća, a proces proizvodnje jedinstven, dovode do smanjenja troškova i izbjegavanja posebnih proizvodnih linija i procesa što u konačnosti ima drastične uštede u troškovima. Ova Kilby-jeva „ideja monolitičkog kola“ u kome se osnovni poluprovodnički materijal prekriva slojevima od kojih se grade i povezuju ostali elementi (tranzistori, otpornici, kondenzatori) je dala rezultat: 12. septembra, kada su se svi vratili sa odmora Kirby je predstavio menadžmentu kompanije prototip veličine poštanske marke baziran na germanijumu na koji je bio povezan osciloskop i nakon pritiska na prekidač osciloskop je pokazivao kontinualni sinusoidalni talas dokazavši da minijaturno elektronsko kolo radi. U februaru 1959. godine Texas Instruments je podnio patentnu prijavu (U.S. Patent 3,138,743) za „minijaturizovano elektronsko kolo“, tj. prvo integralno kolo na svijetu.
 

 

Prvo integralno kolo napravio je Jack Kilby u Teksasu 1958. godine
 
 
Četiri mjeseca nakon toga Robert Noyce, suosnivač Fairchild Semiconductors Corporation je popunio gotovo istu patentnu prijavu za isti uređaj, ali baziran na silicijumu i drugoj proizvodnoj proceduri. Deset godina kasnije, dugo nakon što su njihove kompanije imale sudski spor i nepopustljive stavove o prioritetu, sud je dodjelio Kirby-ju pravo prvenstva za ideju integralnog kola, ali je Noyce-u dao patent za njegov planarni proizvodni proces, metod po kome se evaporacijom metala prave provodne linije direktno na silikonskom čipu. Ono što je mnogo značajnije je činjenica da su se nakon sudskog spora dvije kompanije udružile i stvorile tržište koje danas donosi preko hiljadu milijardi dolara godišnje. To pokazuje koliki je bio i ostao potencijal otkrića integralnih kola (IC) i koliko su i danas prisutni u gotovo svim uređajima koje koristimo. A prvo IC 1958. godine se sastojalo od samo jednog tranzistora, tri otpornika i jednog kondenzatora. Danas u procesorima za laptopove je sljedeća situacija vezana za  broj tranzistora koji se nalaze u CPU (Centralna Procesorska Jedinica) Intel i7:
 
 
 
Dakle milijarde su u pitanju, i sve je to postignuto u periodu nešto malo dužem od pola vijeka. Ovo ističemo samo da bi pokazali koliko je značajan bio pronalazak IC. Takođe je zanimljivo pogledati koliko bi to moglo stati tranzistora na površini koju ima neka ćelija našeg tijela (čak i ljudsko crveno krvno zrnce)?
 
Ljudske ćelije su obično okruglaste i dimenzija od 20/40 mikrona do 100 mikrona. Mada postoje članci koji govore o 7 nanometarskim tranzistorima (u eksperimentalnoj fazi) držaćemo se onih podataka o trenutnoj veličini tranzistora u komercijalnoj upotrebi, a oni su 14nm, tj 14nm široki i 100nm dugi. 
 
Za one koji se ne snalaze sa ovim mjerilima samo da kažemo da je mikron milioniti dio metra (ili hiljaditi dio milimetra), a nanometar je hiljaditi dio mikrona ili milijarditi dio metra.  Dakle površina okruglastih ljudskih ćelija od 40 – 100 mikrona je 1256 -7853 kvadratnih mikrona. 
 
Površina jednog tranzistora 14nm širinex100nm dužine je 14 000 nm2 ili 0,0014 kvadratnih mikrona. Ako sada podijelimo površinu ljudske ćelije sa površinom jednog tranzistora iz računarskog mikroprocesora dobićemo: za ćelije od 40 mikrona 897 142, 857 (skoro milion) tranzistora, a za ćelije od 100 mikrona 5 609 287, 714 (više od 5,5 miliona) tranzistora. Kako su ljudska crvena krvna zrnca po dimenzijama od 6000 do 8000nm to znači da se na površini jednog crvenog krvnog zrnca može smjestiti između 40  i 70 hiljada tranzistora. I da bi nam bilo što jasnije koliko se daleko otišlo u minijaturizaciji elektronskih komponenti uporedimo širinu tranzistora (14nm) sa širinom ljudske vlasi (90 000nm), zrna polena (20 000nm), bakterije (2 000nm), rhinovirusa (20nm) ili atoma silicijuma (0,24nm). I to nije sve, tranzistori prethodne generacije (45nm) IC su mogli promijeniti stanje vođenja i stanje nevođenja struje 300 milijardi puta u jednoj sekundi, a to je vremenski period za koji svjetlost pređe put od manje od 2,5 milimetra.
 
Obojica, Kilby i Noyce su 1969. dobili Nacionalnu medalju za nauku, a 1982. su obojica dobili svoja mjesta u Nacionalnoj kući slavnih pronalazača. Kada je 42 godine nakon pronalaska integralnog kola Jack Kirby zajedno sa Zhores Ivanovič Alferovom i Herbertom Kroemerom podijelio Nobelovu nagradu za fiziku rekao je sljedeće: „Mada smo Robert (Noyce) i ja slijedili sopstvene puteve, mi smo zajedno radili da postignemo široku komercijalnu prihvatljivost za integralna kola. Da je on danas živ nemam nikakve sumnje da bi on sa nama dijelio ovu nagradu.“ U svijetu nauke, gdje su taština i zavist veoma prisutni, ovakva izjava je prije izuzetak nego pravilo, ali rječito govori i čovjeku koji ju je rekao. Jack Kilby ima oko 60 patenata na svoje ime, a Robert Noice šesnaest, ali je Robert Noice osnivač Intela, kompanije koja je odgovorna za kasnije otkriče mikroprocesora.
 
Nakon što je pokazao i dokazao da su integralna kola moguća, Jack Kilby je predvodio timove koji su izgradili prve vojne sisteme koji su ih koristili (prve računare za vojno vazduhoplovstvo &  Minuteman rakete u 1962.) kao i prve komercijalne računare sa integralnim kolima. Jack Kilby je zajedno sa Jerry Merryman-om i James Van Tassel-om dizajnirao i prvi ručni računar (U.S. Patent 3,819,921 Miniature Electronic Calculator), za koji je prijava podnijeta septembra 1967. godine, a odobrena juna 1974. Za one koji to pamte to su oni TI digitroni sa crvenim displejom brojeva. Od 1978. do 1984. Kilby je bio profesor elektrotehnike na A&M Univerzitetu u Dallasu, savezna država Texas, ali je zadržao i usku saradnju sa kompanijom pa je 1997. Texas Instruments po njemu imenovao Centar za istraživanje čipova.
 
Jack Kilby je svojim pronalaskom IC učinio presudan korak ka stvaranju informacionog doba, tj. on je poput Kopernika, Njutna, Tesle ili Anštajna zauvijek promijenio svijet i našu svakodnevnicu, jer je postavio konceptualne i tehničke temelje cijele oblasti moderne mikroelektronike koja je dovela do superbrzih računara i memorija velikog kapaciteta kao i niza uređaja koji danas koriste tu tehniku. 
 
To je bilo jasno već nakon deset godina od otkrića IC kada je jedan od suosnivača Intela Gordon Moore u članku objavljenom u magazinu Elecronics od 19. aprila 1965. godine ustvrdio da će IC tehnologija ostvarivati na istom prostoru IC udvostručenje broja tranzistora svake godine. 1975. Moore je nešto izmjenio svoje predviđanje tvrdeći da će to udvostučenje biti svake dvije godine (zbog porasta kompleksnosti čipova), ali i da će troškovi proizvodnje čipova drastično padati kako se tehnologija bude usavršavala. 
 
Već sada je očito da kada se porede cijene automobila i čipova da bi ako se slijedi trend pada proizvodnih cijena pojedinačnog tranzistora i primijenio na cijenu automobila da bi automobil sada koštao samo jedan cent. A integralna kola su danas u upotrebi u gotovo svim elektronskim i komunikacionim uređajima od digitalnih telefona, fotografskih aparata, TV-a preko personalnih računara i računara, vojne industrije do vasionskih brodova. Ta široka zastupljenost u svemu, osim možda Teslinih polifaznih struja, nema paralelan događaj u razvoju čovječanstva. Radi podsjećanja prvo IC kolo 1958. je imalo samo pet komponenti, 1965. godine taj broj se popeo na oko 60, da bi prvi mikroprocesor 4004 IC koji je napravio Ted Hoff 1971. imao nešto malo više od 200 tranzistora, a Pentijum 4 iz 2000. godine je imao preko četrdeset miliona tranzistora. Danas i7 procesori imaju milijarde tranzistora. Ono što je čudno da takvo otkriće, kao ni onaj koji ga je učinio, nikada nisu dobili široko javno priznanje mada su uzrok moderne informacione revolucije nezabilježene u ljudskoj historiji. Svi znaju za Mooreov zakon, ali rijetki znaju da je osnova tog zakona u otkriću IC.
Ovaj tekst je nastao uz podršku Ambasade Sjedinjenih Američkih Država u BiH u okviru projekta “U.S. Scientists Who Changed the World” i zahvaljujemo se Ambasadi SAD.