Historia | Yhden megabitin mikrosiru oli DDR:lle valtava ponnistus, läpimurto ja tragedia – vain vuoden kuluttua koko valtio luhistui

Historia

Syyskuun 12. päivänä 1988 Itä-Berliinin Marx-Engels-Platzilla elettiin historiallista hetkeä.

Itä-Saksan johtaja Erich Honecker otti DDR:n valtioneuvoston rakennuksessa juhlallisesti vastaan pienen sinisen rasian VEB Carl Zeiss Jenan pääjohtajalta Wolfgang Biermannilta. Rasiassa lepäsi U61000, Itä-Saksan ensimmäinen yhden megabitin mikrosiru.

Seremonia oli huolellisesti lavastettu voimannäyttö. DDR halusi osoittaa kuuluvansa maailman teknologiseen eliittiin, vaikka se todellisuudessa oli ajautumassa taloudelliseen ja teknologiseen umpikujaan.

Taustalla oli pitkä ja paljon voimavaroja vienyt prosessi. Jo 1970-luvun lopulla DDR:n johto ymmärsi, että maan teollinen kilpailukyky riippui mikroelektroniikasta. Länsimaiden asettama COCOM-vientikielto kuitenkin esti huipputeknologian, kuten fotolitografialaitteiden ja tietokoneiden, viennin rautaesiripun taakse.

Niinpä ratkaisu ongelmaan oli löydettävä muin keinoin. Ensinnäkin tarvittiin käänteismallinnusta (reverse engineering) ja vakoilua.

Turvallisuusministeriö Stasin tieteen ja tekniikan sektori SWT hankki länsimaisia komponentteja ja valmistusohjeita. Haltuun saadut länsisirut kuorittiin ja tutkittiin kerros kerrokselta rakenteen selvittämiseksi ja kopioimiseksi.

Myös omaa laitevalmistusta oli kehitettävä. Koska tuotantolinjoja ei voitu ostaa valmiina, maan teknologiaylpeys Carl Zeiss Jena velvoitettiin kehittämään omat optiset ja mekaaniset laitteet sirunvalmistukseen. Zentrum Mikroelektronik Dresden (ZMD) vastasi varsinaisesta sirun suunnittelusta ja myöhemmin tuotannosta ja tietotekniikkajätti Robotron siitä, että sirut päätyisivät lopulta tietokoneisiin.

Sirunvalmistuksessa kriittistä tekniikkaa ovat niin sanotut maskit. Ne ovat käytännössä sapluunoita, joiden avulla mikrosirun monimutkainen rakenne ”painetaan” piikiekolle. Kun valo paistaa maskin läpi piikiekolle, se ”piirtää” maskin kuviot kiekon pintaan.

Koska siru on monikerroksinen, yhteen megabitin siruun tarvittiin noin 17–20 erilaista maskia, jotka valotettiin päällekkäin.

Itä-Saksa saavutti yhden merkittävimmistä teknisistä läpilyönneistään, kun Carl Zeiss Jena kehitti oman elektronisuihkukuviointilaitteensa. Se oli massiivinen laite, joka ohjasi elektronisuihkua tyhjiössä piirtäen kromipinnalle viivoja, jotka olivat satoja kertoja hiusta ohuempia.

Ilman omia laitteita DDR ei olisi voinut edes aloittaa megabitti-projektia, sillä tällaisia laitteita ei voinut ostaa mistään päin maailmaa ilman, että Yhdysvaltojen tiedustelupalvelu CIA olisi tiennyt siitä välittömästi. Stasi onnistui kyllä varastamaan Siemensiltä sen käyttämät maskit, mutta ne osoittautuivat hyödyttömiksi.

Länsimaissa käytettiin prosessissa tiettyjä valonarkoja lakkoja, joille Siemensin maskit oli optimoitu. Carl Zeiss Jena joutui käyttämään omissa laitteissaan filmivalmistaja ORWOn kehittämiä lakkoja, joiden reaktio valoon oli erilainen.

Koska DDR joutui käyttämään myös johtimissa molybdeenia titaanin sijaan, sirun sähköiset vastusarvot muuttuivat.

Alkuperäiset Siemensin maskit oli suunniteltu titaanille. Jos DDR olisi käyttänyt niitä, sähkö ei olisi kulkenut sirussa oikealla nopeudella, ja megabitin muisti olisi ollut pelkkää rikkinäistä koodia.

Insinööri Jens Knobloch teki lopulta rohkean päätöksen ja käski heittää Stasin varastamat maskit menemään. Omien maskien tekeminen oli kallista ja hidasta, mutta ainoa tapa saada siru oikeasti toimimaan.

Erfurtin mikroelektroniikkakombinaatti yritti myöhemmin tosin käyttää varastettuja maskeja, mutta epäonnistui surkeasti. Ne olivat kuin väärän auton varaosia.

Siirtyminen yhden megabitin kapasiteettiin oli DDR:lle valtava laadullinen hyppy. Se vaati kykyä valottaa piirileveyksiä, jotka olivat kooltaan 1,2 mikrometriä.

Tässä mittakaavassa pieninkin epäpuhtaus tai värinä valmistusprosessissa johti vialliseen siruun. Niitä menikin roskiin suuria määriä yhtä onnistuneesti valmistettua kohti.

Vaikka yhden megabitin kapasiteetti – noin 35 koneella kirjoitettua sivua – tuntuu nykypäivänä mitättömältä, vielä 1980-luvun lopulla tilanne oli toinen. Yhden megatavun muistisiru oli psykologinen ja tekninen rajapyykki, joka muutti tietokoneet harrastelijoiden leluista vakavasti otettaviksi työkaluiksi.

Ennen 1 MB siruja esimerkiksi lasertulostimet olivat joko valtavan kalliita tai ne pystyivät tulostamaan vain tekstiä, eivät grafiikkaa. DDR:n teollisuus nojasi vielä vanhentuneisiin suurtietokoneisiin, ja megabitin siru olisi mahdollistanut työasemien eli nykyisten PC-koneiden esiasteiden rakentamisen.

Ilman niitä Itä-Saksan suunnittelutoimistot ja tehtaat joutuivat käyttämään paperia ja kyniä tai jakamaan yhden keskustietokoneen tehon satojen päätteiden kesken.

Yhden megabitin siru oli avain automaatioon. Se teki eron kankean, mekaanisen yhteiskunnan ja modernin, digitaalisen tietoyhteiskunnan välille. Tosin DDR oli jo vuosia myöhässä, sillä Toshiba ja IBM olivat esitelleet megabitin sirun jo 1984. Ne olivat jo laajassa massatuotannossa, ja lännessä tehtiin jo neljän megabitin siruja.

DDR:n insinöörit kohtasivat kaksi kriittistä pullonkaulaa. Ensimmäinen oli materiaalien puute. Sirunvalmistuksessa käytettävää erittäin puhdasta titaania ei ollut saatavilla, ja se jouduttiin korvaamaan molybdeenilla, mikä vaati koko sirun arkkitehtuurin ja sähköisten parametrien uudelleensuunnittelua.

Vaikka propaganda korosti sirun kotimaisuutta, DDR oli täysin riippuvainen japanilaisesta osaamisesta. Vuonna 1986 solmittu salainen 25 miljoonan dollarin ”herrasmiessopimus” Toshiban kanssa toi maahan japanilaisia asiantuntijoita ja valmistusmaskeja.

Yhteistyö ajautui kuitenkin vakaviin vaikeuksiin, kun Toshiba kärysi yhdessä norjalaisyritys Kongsbergin kanssa huipputeknologian myynnistä Neuvostoliitolle vuosina 1982-1984.

Kyse oli jyrsinkoneista, joiden avulla Neuvostoliitto kykeni valmistamaan sukellusveneisiinsä uusia, lähes äänettömiä potkureita. Aiemmin Neuvostoliiton sukellusveneet olivat olleet tunnetusti meluisia ja siten helppoja havaittavia Naton kuuntelulaitteilla.

Heinäkuussa 1987 yhdeksän republikaanien ja demokraattien kongressiedustajaa kokoontui Washingtonin Capitol-kukkulalle mukanaan suuri leka ja Toshiban valmistama kannettava radio-kasettisoitin.

Kameroiden käydessä kongressiedustajat löivät laitteen palasiksi. Murskaaminen symboloi sitä, että Toshiba oli poliitikkojen silmissä ”petturi”, jota piti rangaista kauppasaarrolla.

Skandaali oli valtava isku Japanin ja Yhdysvaltojen suhteille. Yhdysvallat harkitsi Toshiban tuotteiden täydellistä tuontikieltoa, mikä olisi ollut yhtiölle kuolinisku. Toshiba julkaisi yhdysvaltalaisissa sanomalehdissä koko sivun ilmoituksia, joissa se pahoitteli syvästi ”joidenkin työntekijöidensä laitonta toimintaa”.

Yhtiön hallituksen puheenjohtaja ja toimitusjohtaja erosivat välittömästi. Japanissa tapaus koettiin valtavana kansallisena häpeänä, ja eräs tapaukseen liittynyt johtaja teki jopa itsemurhan.

Kun Toshiba jäi kiinni Neuvostoliitto-kaupoistaan, se tiesi olevansa CIA:n ja kongressin suurennuslasin alla, ja hermostui pahanpäiväisesti myös omista salaisista mikrosirubisneksistään DDR:n kanssa.

Jos olisi paljastunut, että Toshiba auttoi samaan aikaan DDR:ää rakentamaan megabittisirua, Yhdysvallat olisi todennäköisesti ajanut yhtiön kokonaan ulos länsimarkkinoilta.

Dramaattisimmassa vaiheessa vuonna 1987 Toshiban edustajat vaativat, että alkuperäiset DDR:ään toimitetut lasimaskit on tuhottava. Joidenkin lähteiden mukaan DDR:n insinöörit joutuivat viemään miljoonien arvoiset fotolitografiset maskit Erfurtin kaatopaikalle ja murskaamaan ne vasaroilla hermostuneiden japanilaisten valvoessa tapahtumaa.

Vaikka maskeista oli otettu kopioita, alkuperäisen datan ja japanilaisen tuotantotuen menettäminen oli kuolinisku tehokkaalle massatuotannolle.

Megabitti-projektin hinta oli kansantaloudellisesti kestämätön. DDR investoi mikroelektroniikkaan vuosina 1986–1990 arviolta 14 miljardia markkaa, joidenkin arvioiden mukaan jopa 30 miljardia, jos kaikki oheiskustannukset lasketaan. Pelkästään yhden megabitin siruhanke maksoi noin miljardin, eli euroissa nykyrahana 1-1,5 miljardia euroa.

Toimivien sirujen osuus valmistetuista oli pilottivaiheessa vain muutamia prosentteja. Jokainen toimiva siru oli käytännössä kallis käsityötuote. Mikroelektroniikkaan syydetyt varat olivat samalla pois perusinfrastruktuurista, asuntorakentamisesta ja ympäristönsuojelusta.

Yhden megabitin U61000-siru oli tekninen voimannäyttö, ja todisti, että Itä-Saksan insinöörit pystyivät ratkaisemaan lähes mahdottomia teknisiä ongelmia eristyksissä.

Noin puolet valmistuslaitteista oli hankittu salaa lännestä, mutta toinen puoli oli Carl Zeiss Jenan ja muiden DDR-yritysten omaa kehitystyötä.

Honeckerille syyskuussa 1988 luovutettu siru oli kuitenkin myös vedätystä. Se oli ”käsityönä” ja osin länsitekniikkaa kopioimalla luotu taidonnäyte, ei liukuhihnalta tullut massatuote. Kyse oli kuin uuden automallin esittelystä näyttämällä käsin valmistettua prototyyppiä, vaikka edes tehdasta ei ole vielä pystyssä.

Kuuluisa siru oli myös tuhoon tuomittu yritys voittaa kylmän sodan teknologiakilpailu maassa, jonka perusrakenteet olivat jo murenemassa. Kun Saksa jälleen yhdistyi 1990, DDR:n mikroelektroniikkateollisuus todettiin markkinakelvottomaksi ja se ajettiin alas lähes välittömästi.

Täysin hukkaan kuolemaa tekevän sosialistisen Saksan viimeinen ponnistus ei kuitenkaan mennyt. Kestäväksi perinnöksi jäi nykyinen ”Silicon Saxony”, menestyvä Saksin piilaakso Dresdenin alueella.

Alueen korkea osaamistaso ja olemassa oleva infrastruktuuri houkuttelivat myöhemmin Siemensin eli nykyisen Infineonin ja AMD:n investointeja, jotka tekivät entisestä DDR:n keskuksesta osan globaalia puolijohdeteollisuutta.