Ignacio Mártil
Catedrático de electrónica de la Universidad Complutense de Madrid y miembro de la Real Sociedad Española de Física

Los primeros circuitos integrados (CI o chips) de Fairchild se dieron a conocer en la primavera de 1960, pero resultaron tan difíciles de fabricar que pasó casi un año desde la aparición de esos primeros chips de demostración del concepto, hasta que el nuevo dispositivo estuvo disponible para su comercialización. En la primavera de 1961, el catálogo de Fairchild anunciaba una nueva línea de CI que se denominaba "Micrologic".

Publicidad de los primeros circuitos integrados comerciales de Fairchild.

Unas semanas más tarde, la empresa rival Texas Instruments (T. I.) entró en liza con una serie similar de "circuitos sólidos" (todo lo relativo a T. I. será objeto del segundo bloque de artículos de esta serie). Como ambas empresas señalaron con gran despliegue publicitario, el nuevo CI era más pequeño, más ligero, más rápido, más eficiente energéticamente y más fiable que cualquier circuito convencional realizado con dispositivos discretos.

1. Los difíciles comienzos comerciales

Pero los nuevos CI de Fairchild eran muy caros. Un circuito "Micrologic", con tres o cuatro transistores y media docena de diodos y resistencias, costaba inicialmente 120 dólares (~1.250 € de 2024). Un fabricante de equipos podía montar un circuito con los mejores transistores discretos del mercado por bastante menos de ese precio, incluso teniendo en cuenta los costes de mano de obra. Era como si una empresa de automóviles hubiera diseñado un vehículo que pudiera ir a 800 km/h y costara 150.000 €. ¿Quién lo necesitaba? Años después, Noyce diría:

"Había una reticencia natural a comprometerse con algo nuevo. Además, el precio era básicamente antieconómico. Así que al principio los clientes de electrónica tradicional no compraban nada".

Esto planteaba un problema bastante serio. Como la mayoría de las industrias, las empresas de electrónica dependen en gran medida de un fenómeno económico conocido como curva de aprendizaje. Al principio de la vida de un nuevo producto ―cuando los fabricantes aún están aprendiendo a diseñar y producir el dispositivo a un coste razonable― los precios son inevitablemente altos. A medida que aumentan las ventas, se desarrollan mejores técnicas de producción y los precios se reducen. A comienzos de 1961, el CI estaba estancado en la parte superior de la curva; no había un mercado comercial que ayudara a reducir los precios y el chip parecía estar atrapado en el clásico círculo vicioso comercial: mientras el mercado no existiera, el precio seguiría siendo elevado; pero mientras los precios fueran elevados, los potenciales clientes no mostrarían interés por adquirir CI, como en efecto así ocurría.

2. El programa "Man on the Moon"

Y entonces, prácticamente de la noche a la mañana, el Presidente de Estados Unidos, John F. Kennedy creó un nuevo e imprevisto mercado para los CI. El 25 de mayo de 1961 y con la idea de reducir la brecha tecnológica que tenían con la URSS en la incipiente carrera espacial, Kennedy presentó en una sesión conjunta de ambas Cámaras del Congreso de EE. UU. su propuesta de "un desafío extraordinario". En sus palabras:

"Creo que deberíamos ir a la Luna. Creo que esta nación debería comprometerse a alcanzar el objetivo, antes de que acabe esta década, de hacer aterrizar a un hombre en la Luna y devolverlo sano y salvo a la Tierra. Ningún proyecto espacial de este periodo será más impresionante para la humanidad....y ninguno será tan difícil o caro de realizar".

John F. Kennedy pronunciado el histórico discurso de apoyo al programa para llevar un hombre a la Luna

Algunos momentos clave de ese discurso se pueden ver aquí:

Efectivamente, un viaje de ida y vuelta a la Luna era un reto extraordinario, ya que suponía recorrer en total 770.000 km, lo que planteaba un conjunto de problemas extraordinarios para una nación cuyo mayor logro en el ámbito espacial hasta ese momento se había alcanzado el 5 de mayo de 1961, cuando el astronauta Alan Shepard, en la nave Freedom 7 del Programa Mercury, había realizado un vuelo suborbital de 15 minutos a 187 km de altura, durante el que recorrió una distancia de 500 km. Un viaje a la Luna que tuviera éxito, requeriría grandes avances en tecnología de cohetes, comunicaciones y otros campos. Entre los problemas más difíciles que habría que resolver estaban los que los expertos espaciales denominaban Guide & Navigation (G & N), es decir, guía y navegación.

La clave para dirigir una nave espacial que se mueve a gran velocidad, lanzada desde un planeta que también se mueve a gran velocidad a través de tres campos gravitatorios diferentes (Sol, Tierra y Luna), hasta efectuar un aterrizaje preciso en un satélite que también se mueve a gran velocidad, requeriría de una serie interminable de cálculos que se deberían actualizar al instante, un trabajo que sólo un ordenador podría hacer. Pero un ordenador en una nave espacial tendría que ser más pequeño, más ligero, más rápido, más eficiente y más fiable que cualquier otro ordenador existente en ese momento. Y con el prestigio de la nación en juego, los costes no eran un problema. Uno de los artífices del CI, Jack Kilby, diría años después:

"El programa espacial necesitaba urgentemente lo que un CI podía proporcionar. Lo necesitaban tanto que estaban dispuestos a pagar dos o tres veces el precio de un circuito estándar para conseguirlo".

El sistema de G & N era tan crucial para el viaje a la Luna que el encargo de su desarrollo fue el primer contrato importante adjudicado tras el discurso de Kennedy. No había duda de que el ordenador tendría que construirse a partir de CI y Fairchild empezó a recibir rápidamente grandes pedidos de sus chips Micrologic. Para cuando el módulo lunar Eagle aterrizó en la Luna el 20 de julio de 1969, cumpliendo el reto del asesinado presidente con cinco meses de antelación, el programa Apolo había comprado más de un millón de CI.

3. El chip en el Apolo Guidance Computer

De esta forma, la NASA seleccionó el chip de Fairchild para el Apolo Guidance Computer (AGC), el ordenador de guiado de las naves del programa Apolo, que se convirtió en el mayor usuario mundial de CI hasta 1965 y el primero en utilizar CI en su construcción. La razón de una apuesta tan arriesgada (los CI no se habían utilizado hasta ese momento en ninguna aplicación crítica) es sencilla y se resume en dos claves que ya se han señalado en el punto anterior: peso y tamaño. Ambos factores resultaron esenciales para poder introducirlos en una nave de las dimensiones tan reducidas como el Apolo. Los AGC ocupaban un volumen en la nave de 0.036 m³ (las dimensiones del equipo eran 62.2 × 39.4 × 14.6 cm):

Arriba: El AGC (izquierda) y el módulo de entrada de datos DSKY (derecha). Abajo izquierda: La interfaz de pantalla y teclado (DSKY) del AGC, donde se puede apreciar el tamaño del equipo. Abajo derecha: La DSKY montada en el panel de control del módulo de mando, con el indicador de altura de vuelo justo encima

Los AGC del programa Apolo utilizaron 200.000 unidades de CI de diferentes tipos, a un coste unitario de 20-30 dólares de la época cada uno (190-285 € de 2024). Durante 1963, el proyecto del AGC consumió el 60% de la producción de CI de Estados Unidos; Fairchild tenía problemas para satisfacer esa enorme demanda, por lo que una parte de la producción fue realizada en Raytheon.

Arriba: un circuito Fairchild Type G Micrologic utilizado en la primera versión del AGC (AGC Block I). integraba siete componentes (tres transistores y cuatro resistencias) en un chip. Cada AGC usaba alrededor de 4.000 de estos circuitos. Abajo: el CI que incorporaba la segunda versión del AGC (AGC Block II). Estos circuitos duplicaron la potencia de cálculo del AGC Block I

Según Paul Cerruzi, un directivo del Smithsonian National Air and Space Museum:

"El contrato del AGC del programa Apolo no fue la única razón de la transformación de Silicon Valley, pero fue un factor importante. Mientras [hoy en día] disfrutamos de los productos y programas informáticos que fluyen como un torrente desde el Valle, debemos recordar sus modestos comienzos y el valor de los ingenieros del Apolo, que fueron lo bastante audaces como para elegir un circuito que "embutió" los transistores en una pieza minúscula de silicio"

Este vídeo muestra el papel que los CI desempañaron en la carrera espacial:

4. Las consecuencias del programa lunar en el mercado de los chips

La NASA y el Departamento de Defensa de EE. UU. desempeñaron un papel crucial en el desarrollo de la industria estadounidense de semiconductores. El proyecto Apolo fue la primera aplicación más sofisticada del CI, pero hubo otros muchos programas de cohetes y armamento que proporcionaron fondos para la investigación y, lo que es más importante, grandes mercados cuando el CI aún era demasiado caro para competir con los circuitos tradicionales en aplicaciones civiles.

Años después de finalizar el programa lunar, en 1977 y de acuerdo con los datos de que se disponía en ese momento, el gobierno de los EE. UU. aportó cerca de la mitad de todo el dinero destinado a investigación y desarrollo por la industria electrónica estadounidense en los dieciséis primeros años de existencia del CI. Las ventas al gobierno de los EE. UU. constituyeron el 100% del mercado de CI hasta 1964 y el gobierno siguió siendo el mayor comprador de chips durante toda la década de 1960.

El ejército había empezado a financiar la investigación de nuevos tipos de circuitos electrónicos a principios de la década de 1950. Los problemas inherentes a los circuitos complejos que contienen un gran número de componentes individuales eran especialmente graves en las aplicaciones de defensa. Estos circuitos solían ser grandes y pesados, pero los militares necesitaban equipos ligeros y portátiles. En palabras de Noyce:

"La regla general en un misil era que un kilo más de carga útil costaba 100.000 dólares más de combustible. El coste [de lanzar al espacio] de un ordenador de 15 kilos era demasiado alto incluso para el Pentágono".

Además, las armas de la era espacial tenían que ser absolutamente fiables, un objetivo extraordinariamente difícil de alcanzar en un circuito con varios miles de componentes y varios miles de conexiones soldadas a mano. Cuando las Fuerzas Aéreas encargaron los equipos electrónicos para el Minuteman I, el primer misil balístico intercontinental moderno, las especificaciones exigían que cada componente tuviera su propia tabla de prueba individual en la que se pudiera registrar la producción, la instalación, la comprobación y la nueva comprobación. Probar, volver a probar y volver a probar duplicaba con creces el coste de cada dispositivo o circuito electrónico. En este programa, quien tuvo una participación esencial fue la otra gran empresa de fabricación de chips en esos momentos, Texas Instrument. Lo veremos más adelante en esta serie.