Rozdział 5.3
Podsumowanie6. Hierarchizacja ważności wynalazków wpływających na postęp elektroniki
Czy ktoś mógłby w sposób całkowicie jednoznaczny podać wszystkie wynalazki, które miały największy wpływ na rozwój elektroniki? Przypuszczalnie nie. Zatem mój wybór na ten temat nie musi być i w wielu przypadkach nie będzie tożsamy z wyborem osób czytających tę pracę. Jeżeli jednak po jej przeczytaniu skłoni ona do refleksji, spełni swoją rolę. W rozdziale tym nie będę specjalnie rozgraniczał wpływu wynalazków polskich oraz ogólnoświatowych na postęp elektroniki, gdyż tych pierwszych była zdecydowanie marginalna liczba.
Patrząc całościowo na historię elektroniki widać wyraźnie, jak wielką metamorfozę przebyła. W początkowym jej okresie większość wynalazków i odkryć dokonana została w zaciszu laboratoriów przez jednego naukowca lub ich kilkuosobową grupkę, a nierzadko wynalazki powstawały jako dzieło przypadku lub wskutek eksperymentów ludzi nie związanych z danym działem techniki lub bez jakiegokolwiek przygotowania naukowo - technicznego. Na przestrzeni kolejnych lat nad nowymi odkryciami pracowały całe sztaby ludzi w laboratoriach wyposażonych w najnowocześniejszy sprzęt badawczy, a koszty uzyskania nowych wynalazków rosły w zawrotnym tempie. Oprócz samych wynalazków historia elektroniki kształtowana była przez najważniejsze wydarzenia XX wieku, czyli I oraz II wojnę światową oraz "zimną wojnę" po roku 1945 i w konsekwencji powstanie dwóch opozycyjnych bloków militarno - gospodarczych. Również japoński boom gospodarczy i ekspansja na rynki innych państw wpłynęły zasadniczo na rozwój elektroniki.
W wieku dziewiętnastym najważniejszymi odkryciami będącymi późniejszą podwaliną elektroniki okazały się prawa matematyczne opisujące podstawowe zależności elektryczne i magnetyczne, jak prawo Ohma, Faraday'a, Kirchhoffa i Maxwella. Dzięki nim możliwy był dalszy rozwój nad elektrycznością, a prawa te pozwalały zrozumieć wiele zjawisk dotychczas niewytłumaczalnych w sposób naukowy. Co istotne, wyniki badań były w wielu przypadkach poddawane pod wątpliwość, a ich autorzy nierzadko krytykowani przez współczesnych im naukowców. Również prace wielu znakomitych matematyków odcisnęły swoje piętno na całej dalszej historii elektroniki, wśród których na pierwszy plan wysuwa się Boole. Jego arytmetyka, w początkowej fazie czysto teoretyczna, znalazła zastosowanie w komputerach, których zasada działania oparta jest właśnie o te wzory.
Obok wspomnianych odkryć czysto teoretycznych, wynalazkiem mającym ogromny wpływ na rozwój telekomunikacji, był telefon Bella. W swoim okresie było to nowatorskie rozwiązanie, wywołujące szerokie zainteresowanie społeczeństwa oraz Towarzystw Telegraficznych, gotowych do zainwestowania w nową technikę. Pamiętać należy, iż rozwój elektroniki, podobnie, jak i wielu innych nauk, zdeterminowany był przez dwa główne czynniki: czynnik ekonomiczny oraz czynnik militarny. Aby dokonywał się postęp jakiejkolwiek dziedziny techniki potrzebne są ogromne ilości pieniędzy na laboratoria, kadrę naukową oraz prace badawczo - rozwojowe. Wynalazki zarówno dziewiętnastego, jak i dwudziestego wieku dowiodły, iż elektronika jest dziedziną o niebywałych możliwościach rozwoju, a co za tym idzie, gwarantuje w ogromnej większości przypadków zwrot wydatków na badania oraz całkiem pokaźne zyski dla inwestora. Z tego też powodu firmy i instytucje przeznaczały duże ilości środków finansowych na ośrodki badawcze. Masowe zainteresowanie nową technologią spowodowało niebywały popyt zwłaszcza na urządzenia elektroniki użytkowej takie, jak: radia, telewizory oraz sprzęt audio - video. Drugim czynnikiem napędzającym rozwój nauki jest możliwość jej wykorzystania w technice militarnej. Począwszy od pierwszej wojny światowej, zastosowanie elektroniki w wojsku było coraz bardziej znaczące. Od początkowych systemów ostrzegania, jak radary, poprzez broń zdalnego sterowania po standardowe wyposażenie każdego pojazdu, samolotu oraz okrętu. Pod koniec wieku dwudziestego nastąpiła eskalacja zastosowania układów elektronicznych nie tylko w przemyśle obronnym, lecz również w przedmiotach codziennego użytku. Dzisiaj nie sposób wyobrazić sobie jakiegokolwiek urządzenia bez "wszędobylskiej" elektroniki.
Niewątpliwie najważniejszym wydarzeniem przełomu dziewiętnastego i dwudziestego wieku było odkrycie elektronu. Badania Thomsona zrewolucjonizowały ówczesną naukę małych cząstek - udowodniły, iż istnieją cząstki mniejsze od atomu o bardzo małej masie i ujemnym ładunku. Odkrycie to pozwoliło na wyjaśnienie wielu zjawisk fizycznych, których wytłumaczenie na gruncie ówczesnej nauki było niemożliwe. Można zaryzykować stwierdzenie, iż odkrycie to wywarło ogromny wpływ na powstanie pierwszego elementu wzmacniającego - triody de Foresta. Element ten miał kluczowe znaczenie w gwałtownym rozwoju elektroniki użytkowej od lat dwudziestych poprzez dwa kolejne dziesięciolecia. Dzięki triodzie powstał pierwszy wynalazek produkowany na skalę masową - radio. Dla rozwoju mediów był to wynalazek ze wszech miar istotny - cena radia była tak niska, iż pozwolić sobie na nie mogła praktycznie każda rodzina. W roku 1930 w samych Stanach Zjednoczonych było około 15 milionów radioodbiorników. Kolejnym wynalazkiem, o wiele bardziej zaawansowanym technologicznie, był telewizor. Jego wolniejsze tempo rozwoju było jak najbardziej zrozumiałe, patrząc na początkowe trudności produkcyjne, wysoką jak na owe czasy cenę oraz bardzo złą jakość odbioru.
Wybuch drugiej wojny światowej spowodował dalsze zastosowanie różnego typu układów elektronicznych w przemyśle wojskowym. Radary, sonary oraz inne urządzenia miały bardzo istotny wpływ na przebieg wojny na wielu frontach. W owym okresie nastąpił znaczny wzrost dominacji technologicznej oraz wytwórczej przemysłu elektronicznego Stanów Zjednoczonych w porównaniu do krajów europejskich. Stany Zjednoczone, w długim okresie nie zaangażowane w działania wojenne, prowadziły bardzo intensywne prace badawcze w wielu laboratoriach na rzecz m. in. systemów łączności, radiolokacji i technik obliczeniowych. Również exodus wielu naukowców światowej klasy z Europy zagrożonej faszyzmem miał swój przyczynek do zaistniałego stanu rzeczy.
Lata trzydzieste to rozkwit techniki lampowej, która jednak ze względu na dużą niezawodność z biegiem czasu, w miarę wzrostu złożoności układów elektronicznych stawała się coraz mniej "użyteczna", osiągając swoje apogeum przy konstruowaniu matematycznych maszynach liczących typu Eniac. Dalszy rozwój w oparciu o technologię lampową wydawał się coraz mniej realny, dlatego też odkrycie tranzystora w 1948 roku przez Brattaina, Bardeena oraz Shockleya pozwoliło na znalezienie wyjścia z impasu, jakim była niemożność konstruowania złożonych układów elektronicznych. Patrząc obecnie z perspektywy całej historii elektroniki, odkrycie to było przełomowe w jej dziejach, zaryzykuję nawet twierdzenie, iż było to najważniejsze z odkryć elektronicznych. Znaczenie tego wynalazku jest niezaprzeczalne, od początku lat pięćdziesiątych naukowcy dostali do ręki narzędzie, dzięki któremu mogli projektować i wykonywać coraz to bardziej skomplikowane struktury elektroniczne. Ponadto, w przeciwieństwie do wcześniejszego okresu, występowała coraz większa miniaturyzacja. Koszt produkcji zarówno elementów, jak i urządzeń został zredukowany, dzięki czemu gotowe wyroby mogły być nabywane przez coraz większe rzesze ludzi. Poprzez postrzeganie elektroniki jako dziedziny bardzo atrakcyjnej finansowo, chętnie inwestowano w nowe technologie oraz w rozwój już istniejących. Konsekwencją tego było wynalezienie zintegrowanych obwodów na jednym podłożu, co pozwoliło na dalszą miniaturyzację układów elektronicznych.
Dzięki wynalezieniu tranzystora przystąpiono do dalszych badań nad konstruowaniem maszyn liczących, mających zastosowanie w przemyśle obronnym. W latach sześćdziesiątych wojsko miało monopol na budowę i użytkowanie komputerów, wiązało się to, poza celami militarnymi, z bardzo wysokimi nakładami na badania oraz konstrukcję maszyn. Dodatkowo na specyfikę rozwoju elektroniki po drugiej wojnie miała ogólnoświatowa sytuacja, kiedy to utworzone zostały dwa bloki państw wzajemnie ze sobą rywalizujących pod względem gospodarczym i militarnym. Dostęp do najnowocześniejszych technologii, zwłaszcza tych strategicznych, był mocno ograniczony, a rozwój wielu z nich zdeterminowany był chęcią wyprzedzenia rywala.
Lata sześćdziesiąte charakteryzują się gwałtownym rozwojem w produkcji komputerów, potrafiących wykonywać coraz to bardziej skomplikowane obliczenia matematyczne w coraz to mniejszym czasie. Kolejnym przełomem okazał się rok 1971, w którym wyprodukowany został pierwszy mikroprocesor. Jego pojawienie się w mikroelektronice było niezwykłym wydarzeniem, niewątpliwą zaletą okazała się bowiem jego uniwersalność, pozwalająca dzięki niemu zamodelować różne typy działania jedynie poprzez zmianę oprogramowania, przez co okazał się układem niebywale elastycznym w projektowaniu. Również cena nowego elementu była niezwykle atrakcyjna, co było wynikiem jego długoseryjnej produkcji. Od końca lat sześćdziesiątych rozpoczął się złoty wiek telekomunikacji, a to dzięki m. in. wprowadzeniu satelitów telekomunikacyjnych oraz sieci komputerowej, jakim był Internet. Ogólna dostępność sieci dla coraz większej ilości użytkowników w kolejnych latach spowodowała, iż możliwa stała się transmisja danych między różnymi komputerami niezależnie od lokalizacji geograficznej. Komputery, które w latach sześćdziesiątych były głównie na wyposażeniu ośrodków badawczo - militarnych, wskutek znacznej miniaturyzacji oraz radykalnemu spadkowi cen, coraz częściej trafiały do prywatnych użytkowników, spełniając tam różnorodną rolę, od edukacyjnej, po narzędzie pracy i źródło rozrywki.
Kolejnym doniosłym wynalazkiem w historii elektroniki, było zaprezentowanie w roku 1981 nowej metody, pozwalającej na produkcję specjalizowanych układów scalonych, cechą której było, iż producent wykonywał maskę elementów podstawowych na płytce półprzewodnikowej, a następnie klient sam lub przy pomocy producenta opracowywał maskę do metalizacji. Powstały w ten sposób układ scalony okazał się rozwiązaniem stosunkowo prostym i mało kosztownym, a układy produkowane wg nowej metody nazwane zostały układami ASIC (Application Specific Integrated Circuits). Rozwój Internetu również walnie przyczynił się do rozwoju nowej technologii, gdyż centra projektowe mogą być w różnych częściach świata i świadczyć usługi na rzecz producenta tych układów. Chociaż elementy elektroniczne są stosunkowo tanie, to linia technologiczna do ich produkcji jest niezwykle droga, co w połączeniu z brakiem nowych rynków zbytu doprowadziło w ostatnich latach do specyficznej sytuacji, gdzie jedynie kilkanaście wielkich koncernów elektronicznych na świecie zajmuje się produkcją większości elementów, pokrywając całe światowe zapotrzebowanie. Pozostałe przedsiębiorstwa najczęściej muszą uciekać się do pokrywania zapotrzebowania na elementy niestandardowe, o krótkich seriach produkcyjnych, których nie opłaca się uruchamiać wielkim koncernom.
Niestety, Polska należała do bloku państw, które od lat sześćdziesiątych były z roku na rok coraz to bardziej opóźnione technologicznie. Opóźnienie to osiągnęło ekstremum, na przełomie lat osiemdziesiątych i dziewięćdziesiątych, kiedy nastąpił upadek bloku wschodniego, a państwa dotychczas wchodzące w jego skład zmuszone były do całkowitej transformacji gospodarki. Polski przemysł elektroniczny uległ prawie całkowitemu upadkowi, większość zakładów i wiele centrów badawczo - rozwojowych uległo zamknięciu. Z perspektywy świata zachodniego upadek komunizmu przyniósł bardzo wiele pozytywnych aspektów, takich, jak otworzenie się nowych rynków zbytu oraz eliminacja konkurencji. Negatywnym skutkiem napływu zachodniego przemysłu było, iż w początkowym okresie Polska traktowana była jako kraj, w którym następował montaż urządzeń elektroniki użytkowej bez napływu nowoczesnych technologii. W ostatnich latach Polska staje się coraz silniejszym ośrodkiem programowania, świadczącym usługi najpotężniejszym koncernom świata.
Najbardziej chyba znamienną cechą rozwoju elektroniki jest to, iż ceny wyrobów o określonych parametrach technicznych maleją w szybkim tempie. Przykładowo, cena pamięci RAM w przeliczeniu na jeden bajt w ciągu trzydziestu lat zmalała około stukrotnie. Dzięki rozwojowi elektroniki półprzewodnikowej nastąpiły w kilku ostatnich dziesięcioleciach ogromne zmiany cywilizacyjne. W początkowych latach historii elektroniki w wielu przypadkach sytuacja gospodarczo - militarna wpływała na jej rozwój oraz na kierunki jej rozwoju, w chwili obecnej to elektronika decyduje o przewadze militarno - gospodarczej wielu państw nad innymi bardziej zacofanymi technologicznie. Coraz częściej dochodzi do sytuacji, iż o cenie danego produktu decyduje warstwa software'u, nie zaś hardware'u.