CC BY
42
Вестник ДВО РАН. 2006. № 4
В.Г.ЗАВОДИНСКИЙ
У истоков физики в ИАПУ ДВО РАН
Я не принадлежу к людям, которые причастны к созданию Института автоматики и процессов управления. Когда я начал работать в Институте, в 1974 г., он уже активно функционировал в здании на Суханова, 5 и представлял собой довольно солидное заведение, руководимое академиком Авениром Аркадьевичем Вороновым и состоящее из нескольких отделов. Один из отделов назывался «Отдел систем искусственного интеллекта» (ОСИИ), и возглавлял его Филипп Георгиевич Старос. Именно в этот отдел я и поступил работать, вернувшись на родную приморскую землю из Алма-Аты, где в 1972 г. защитил кандидатскую диссертацию по физике твердого тела. Точнее говоря, я поступил работать не в ОСИИ, а именно к Ф.Г.Старосу, потому что отдела как такового еще не существовало, был лишь человек с фантастическими идеями и не менее фантастическим прошлым.
Со Старосом меня познакомил Виктор Васильевич Горчаков, тогдашний секретарь парткома ДВГУ, одной ногой уже стоявший в ректорском кабинете. Из предварительной беседы с Горчаковым я знал, что Старос то ли родился, то ли долго жил в Америке, а до приезда во Владивосток много лет работал в Ленинграде и был большим человеком в электронной промышленности и что в ДВГУ он собирался открыть кафедру физической направленности и подбирал для этого подходящие кадры.
Мой будущий шеф оказался человеком небольшого роста, с легкой, ладно скроенной фигурой, с курчавой, начавшей седеть шевелюрой и жесткой щеточкой усов под характерным мясистым носом. Его темно-коричневые, чуть навыкате глаза смотрели внимательно и цепко. Он излагал свои идеи по созданию систем искусственного интеллекта, осуществить которые намеревался во Владивостоке. Для меня, занимавшегося до этого обыкновеннейшей физикой твердого тела, его слова звучали как фантастика. В то же время от моего собеседника исходила странная магическая сила, которая заставляла верить, что он сумеет добиться того, чего захочет.
Я подумал, что с таким человеком будет трудно, но интересно. Что же до самой идеи создания искусственного, кристаллического мозга, то первой моей реакцией была скептическая мысль, что это невозможно в принципе. Потому что кристалл есть нечто жесткое, застывшее, раз и навсегда упорядоченное, мозгу же должна быть присуща гибкость, постоянная изменчивость и - по большому счету - даже непредсказуемость, алогичность функционирования. Если к нему и можно приблизиться искусственным образом, рассуждал я, то, наверное, только с использованием каких-нибудь квазибиологических структур.
Я поделился этими сомнениями со Старосом, и он ответил, что подобные рассуждения верны лишь для кристаллических структур больших размеров. Что же касается микроструктур, в которые войдет считанное количество атомов, то их поведение не будет жестко детерминировано: оно описывается вероятностными законами квантовой механики и статистики и будет в достаточной степени алогично. Разумеется, кристаллический мозг никогда не станет полным аналогом живого человеческого мозга, как самолет не есть
ЗАВОДИНСКИЙ Виктор Григорьевич - доктор физико-математических наук (Институт материаловедения ХНЦ ДВО РАН, Хабаровск).
полный аналог птицы, но в своих основных функциях, в способности решать сложные и даже творческие задачи он может приближаться к своему прототипу весьма близко, а кое в чем (например, в быстродействии) даже превосходить его.
Современный читатель легко заметит, что в своих идеях Старос во многом предвосхитил идеи наноэлектроники и квантовых компьютеров, возникшие в научном мире много позже. Но тогда, в 1974 г., я поверил в их реальность и пошел работать к Старосу.
Отдел Староса входил в состав Института автоматики и процессов управления, но это вхождение было формальным. Во всяком случае, Воронов не уставал повторять, что тематика Староса не соответствует профилю института, и не выделял ему ни единого квадратного метра. Да, собственно, и выделять было не из чего: старое здание на Суханова (где еще не существовало теперешней пристройки) было более чем крошечным. Как член Президиума ДВНЦ АН СССР Старос получил для своего отдела несколько комнат в только что построенном общежитии на улице Кирова, и именно там начиналась история ОСИИ.
Задумывалось, что Отдел будет состоять из трех лабораторий: 1) алгоритмизации СИИ, 2) системотехники СИИ и 3) управляемого роста микроструктур. Для руководства первой из них Филипп Георгиевич пригласил из Ленинграда своего ученика, кандидата технических наук Генриха Романовича Фирдмана, который привез с собой несколько молодых программистов. Вторая лаборатория так и не была открыта, а третью, физикотехнологической направленности, Старос возглавил сам.
Я буду говорить лишь о сотрудниках лаборатории управляемого роста микроструктур (из которой впоследствии вырос современный НТЦ). Сейчас трудно на память без ошибок припомнить всех, кто был среди первых волонтеров. Так что пусть не обидятся на меня те, кого я не упомянул. И пусть не обидятся на меня те, которых я опишу не такими, какими они сами себя видели. Взгляд со стороны всегда не похож на взгляд изнутри.
Когда я пришел в лабораторию, там были уже Михаил Розовский, Николай Плюснин, Сергей Зверев, Василий Горошков, Владимир Тарасов... Чуть позже появился Юрий Гав-рилюк. Кандидатами наук были только мы с Розовским, но Розовский, выпускник МФТИ, как-то сразу отрекомендовал себя сугубым теоретиком, и Филипп Георгиевич, которому был нужен зам по лаборатории, возложил эту обязанность на меня, хотя я тоже не был экспериментатором.
Первые месяцы работа наша заключалась в чтении научной литературы (каковую удавалось добыть в условиях Владивостока), в выборе путей «управляемого роста микроструктур», в составлении перечня необходимого для этого оборудования и в оформлении заявок на него. Мы с Гаврилюком взяли на себя физическое оборудование, Розовский и Зверев (химик по образованию) - химическое. Лично у меня не было никакого опыта работы с приборами, я знал, чем вольтметр отличается от амперметра, но чем один вольтметр отличается от другого - представлял слабо. Поэтому пришлось много поездить по Союзу (благо, в те времена с командировками не было проблем), посещать различные институты и буквально записывать в блокнот типы приборов и их назначение. Вместе с Ф. Г. и Юрой Гаврилюком мы съездили в Новосибирск, в Институт физики полупроводников. Там в то время велись работы по исследованию поверхности кремния в условиях сверхвысокого вакуума на установке фирмы «Вариан», оснащенной системой дифракции медленных электронов. Нам эта установка понравилась, мы решили купить аналогичную, и Юра остался там на несколько месяцев, чтобы научиться на ней работать. И он не только научился работать, но и усовершенствовал ее, сделал к ней дополнительную электронику, позволившую снимать оже-спектры. Показал новосибирцам класс!
В одну из поездок я заехал в Алма-Ату, в Институт ядерной физики Казахской Академии наук, где в свое время заканчивал аспирантуру и защищал диссертацию. Главной целью этого моего визита было пригласить во Владивосток моего тезку и друга Виктора
Григорьевича Лифшица. В Алма-Ате мы с ним работали в одной и той же лаборатории и делали диссертации под руководством одних и тех же научных руководителей - Моисея Израилевича Корсунского и Якова Елизаровича Генкина. Я знал Лифшица как толкового экспериментатора, а также как прекрасного организатора и педагога, поскольку кроме успешной научной работы он не менее успешно занимался подготовкой молодых баскетболисток Алма-Атинской области, и я видел его, а не себя в качестве организатора физической лаборатории в ИАПУ. Кроме того, в Казахстане в те годы уже набирал силу национализм, у неказахов перспектив было немного, а Лифшиц был мой друг, и я хотел, чтобы ему было хорошо. Вместе с Лифшицем изъявил желание приехать и Володя Ко-робцов, который работал в соседней лаборатории и с которым мы тоже были друзьями. Он как раз был специалистом по полупроводникам, о которых все остальные сотрудники лаборатории Староса имели весьма смутное представление.
О Старосе, его биографии и судьбе, я писал уже неоднократно (см., например, «Вестник ДВО РАН», 1993, № 1, с. 74-87 и «Химия и жизнь», 1993, № 9, с. 22-29). Недавно о нем вышло обширное исследование в США. Для тех, кто по каким-то причинам незнаком с его историей, я поясню вкратце, чтобы не сильно повторяться.
Филипп Георгиевич Старос (настоящее имя Альфред Сарант) родился в 1918 г. в Нью-Йорке, в семье выходцев из Греции. В 1941 г. он закончил колледж Купер-Юнион по специальности инженер-электрик. Участвовал в работах по созданию систем связи, занимался разработкой циклотрона для Корнельской ядерно-физической лаборатории. Еще в студенческие годы он принимал участие в антифашистском движении и в борьбе против расовой дискриминации. Тогда же вступил в Американскую коммунистическую партию. Сарант был близко знаком с Юлиусом Розенбергом и состоял с ним в одной партячейке. Когда в июле 1950 г. Розенберга и его жену арестовали по подозрению в атомном шпионаже в пользу Советского Союза, Альфред Сарант спешно покинул Соединенные Штаты, оставив там двух маленьких сыновей и взяв с собой любимую женщину по имени Кэрол Дэйтон, которая разделяла его коммунистические взгляды.
С 1951 по 1955 г. Филипп Старос жил в Чехословакии, где занимался разработкой систем противовоздушной обороны, а в 1955 г. Н.С.Хрущев пригласил его в СССР, предложив возглавить специальную лабораторию, созданную в Ленинграде под эгидой Госкомитета авиационной техники. Там Старос добился больших успехов в разработке управляющих систем и приборов военного назначения как для авиации, так и для флота. В 1959 г. по его инициативе в Ленинграде было создано Специальное конструкторское бюро, где уже в начале 1960-х годов под его руководством разработана малогабаритная цифровая управляющая машина УМ-1 НХ, за что он был удостоен Государственной премии. Знающие люди называют его «отцом советской микроэлектроники». Именно ему принадлежит идея и разработка плана создания советской Кремниевой Долины - Зеленограда. В семье Филиппа Георгиевича хранится фотография, на которой он забивает первый колышек при закладке этого научного центра. Видел я и номер журнала «Изобретатель и рационализатор», в котором опубликован список двадцати ведущих изобретателей Советского Союза: имя Староса соседствовало там с именами Королева и Туполева.
Однако в партийных кругах без особого энтузиазма относились к тому, что выходец из Америки играет столь большую роль в советской электронике. Вскоре после того как благоволивший к нему Хрущев был свергнут, Староса отстранили от руководства строительством Зеленограда (в 1965 г.), а затем (в 1973 г.) и от руководства Ленинградским конструкторским бюро. Переехать во Владивосток ему порекомендовал академик Петр Леонидович Капица, который питал к Старосу большую личную симпатию и с интересом отнесся к его новым идеям. Руководителем Дальневосточного научного центра в то время был его сын Андрей Капица, и Старосу была обещана «зеленая улица», т.е. ставки и квартиры для сотрудников, деньги на оборудование. Ему было даже обещано, что, как
только число сотрудников отдела перевалит за полусотню, отдел будет преобразован в самостоятельный институт.
Проблема создания искусственного интеллекта была в те годы необычайно популярна (она обсуждалась на полном серьезе даже в «Литературной газете»). Особенно активно работали в этой области американцы, преуспевшие в эвристическом программировании и робототехнике. Однако подавляющее большинство разработчиков ориентировались на использование традиционных ЭВМ с двоичной логикой. Революционность подхода Ста-роса заключалась в том, что во главу угла ставилась задача создания некой сверхсложной, самопрограммирующейся системы, содержащей несколько миллиардов активных элементов, собранных в единую, саморегулируемую суперсхему, которая по своим функциональным возможностям приближалась бы к возможностям человеческого мозга. Похоже, он и сам не представлял толком, на каких принципах такая система будет работать. Во всяком случае, на соответствующие вопросы отвечал с уклончивой, но многозначительной улыбкой: «Не волнуйтесь! У вас есть великий системщик Старос!»
Он действительно был великим системщиком, и к созданию кристаллического мозга тоже подходил системно, старался все предусмотреть заранее, ничего не упустить. В качестве основного «строительного» материала он выбрал кремний: технология кремния была наиболее разработана и наилучшим образом подходила для массового производства. (Старос не сомневался, что производство искусственных мозгов станет когда-нибудь массовым.) Управляемый рост кристалла с одновременным введением в него легирующих примесей возможен только в глубоком вакууме - значит, нужны сверхвысоковакуумные установки, оснащенные устройствами контроля структуры и состава поверхности. Для создания нужной схемы примесные атомы должны садиться на нужные участки поверхности - значит, нужны исследования по селективному осаждению различных атомов под воздействием различных излучений (свет, рентген, электронные пучки). Отдельные элементы схемы должны быть изолированы друг от друга - значит, нужно разработать технологию чередования кристаллических (!) слоев полупроводника и диэлектрика. С другой стороны, необходимы коммуникации между элементами - следовательно, надо заниматься и созданием специальных, встроенных в кремниевый кристалл металлических (или металлоподобных) сверхтонких шин, опять же изолированных от матрицы. И все время нельзя забывать, что процесс роста кристалла требует довольно высокой температуры, которая вызывает диффузию атомов, размывает границы элементов и стремится превратить схему в беспорядочно перемешанную таблицу Менделеева. То есть нужно придумывать новые, низкотемпературные способы наращивания кристалла: например, твердофазную эпитаксию. И конечно, нельзя забывать об электрофизике, т.е. о приборных свойствах новых сверхтонких и сверхмалых систем, создаваемых в сверхвысоком вакууме.
Старос старался развивать все эти направления. Люди и оборудование прибывали, тематика исследований становилась все конкретнее. Помещений в ИАПУ по-прежнему не было, и лаборатория разместилась на территории школы-интерната № 2, директор которой Николай Николаевич Дубинин, народный учитель СССР, новатор и романтик, физик по образованию, приютил академическую науку. В подвалах интерната разместились электронный микроскоп, пара напылительных агрегатов, несколько лазеров и только что доставленная из Франции сверхвысоковакуумная установка фирмы «Рибер», а затем и вторая установка этой же фирмы.
Главным нашим экспериментатором был в то время, конечно, Юра Гаврилюк. Педант и чистюля, он прошел хорошую школу в Новосибирске и священнодействовал с французскими установками в тонких белых перчатках. На подхвате у него была молодежь с горящими глазами: Володя Акилов, Боря Чурусов, Вася Котляр, Оля Бехтерева. Чуть позже появились студенты, а затем выпускники МФТИ Саша Саранин и Андрей Зотов. Впрочем, Зотов работал с Коробцовым, в моей группе. Они занимались твердофазной
эпитаксией кремния: весьма успешно, даже получили впоследствии патент. Очень интересную работу делал Леша Воронов. С помощью электронного микроскопа он изучал влияние электронного облучения на процессы эпитаксии. (К сожалению, после защиты кандидатской он отошел от физики, да и микроскоп был запущен и загублен.)
Первой по-настоящему важной работой по физике поверхности была работа по изучению поверхностной самодиффузии кремния. Идея принадлежала Лифшицу, а осуществление - Гаврилюку. На поверхность пластины кремния наносились царапины, затем пластина отжигалась в вакууме и царапины сами залечивались за счет «скатывания» атомов с «холмов» в «долины». Контроль залечивания осуществлялся с помощью лазерного луча, проходившего в вакуумную камеру сквозь стекло. Луч отражался от кремниевой пластины и возвращался сквозь стекло на специальный экран, создавая картину, похожую на лунную дорожку на волнующейся поверхности моря. Старос был восхищен этой работой и называл ее «лунной сонатой».
С приходом в лабораторию Лифшица вся работа заметно активизировалась. Во-первых, он многое знал и умел из того, что должен был знать и уметь экспериментатор, он сам мог работать с приборами и установками и мог научить этому молодежь. Во-вторых, он, как я уже отмечал, был прекрасным организатором. В частности, понимая, что обеспечить всех сотрудников импортными сверхвысоковакуумными установками не удастся, Лифшиц, что называется, на ровном месте создал собственное производство таких установок, оснащая их самодельными механическими манипуляторами и электронными анализаторами, которые практически не уступали мировым образцам. В этом деле особенно нашли себя Борис Чурусов, Леша Каменев и Миша Андреев: ребята с золотыми руками и золотыми головами.
Отдельно хотелось бы отметить Колю Галкина. Он тоже из первых. Во всяком случае, пришел в лабораторию при Филиппе Георгиевиче, закончив МИЭТ - Московский институт электронной техники, находящийся в Зеленограде. В том самом Зеленограде, в том самом МИЭТе, которые были построены по планам Староса. Фактически Галкин был самым подготовленным среди нас для восприятия главных идей Ф. Г. по созданию искусственного мозга (или более узко - трехмерных интегральных схем). Не удивительно, что именно он взял на себя исследование приборных свойств новых элементов, т.е. электрофизику.
Примерно в то же время в лаборатории появился Юра Кульчин. Выпускник МИФИ, он прошел дипломную стажировку в Физическом институте АН СССР им. П.Н.Лебедева и был распределен как молодой специалист к Старосу. Но работать у Староса не хотел, здраво рассуждая, что во Владивостоке, на пустом месте, быстро сделать диссертацию не удастся. (Так оно и было. Первую диссертацию защитил Гаврилюк ровно через девять лет после основания лаборатории.) Кульчин рвался в Москву, в МИФИ, куда его звали в аспирантуру и где он имел реальные шансы быстро продвинуться не только в кандидаты, но и в доктора. Староса такое рвение возмущало. Он привык, что люди рвутся к нему, а не от него. Но Кульчина он все-таки отпустил, отнесся с уважением к его самостийности.
Старос не стремился к руководящим должностям. Его устраивал статус члена Президиума ДВО с весьма неопределенными обязанностями. В частности, он отвечал за информационную деятельность, т.е., в условиях тех лет, когда даже в мечтах не было Интернета, за центральную библиотеку ДВНЦ. Однако одно время он был заместителем директора ИАПУ, согласившись на эту должность в надежде, что это поможет ему стать членом-корреспондентом Академии. Он уже понимал, что, несмотря на все былые заслуги, только обретя статус члена Академии, он сможет по-настоящему развивать то направление, ради которого приехал на Дальний Восток. Ситуация стала особенно острой, когда А.П.Капицу «ушли» с поста председателя Президиума ДВНЦ и на его место прибыл из Магадана академик Н.А.Шило, крупный геолог, специалист по золоту. Вознамерившись навести в Научном центре жесткий порядок, новый «президент» решил лично ознакомиться
с деятельностью лабораторий всех владивостокских институтов, которые, по его мнению, в излишне большом количестве расплодились под «курортным» солнцем Приморья. Посетив лабораторию Староса, выслушав его соображения по созданию искусственного интеллекта и увидев вакуумные установки, в которых можно напылять любые материалы, академик посоветовал заняться... золочением ложек. «Я недавно был в Японии, - сказал он. - Там достигли в этом деле большого прогресса». - «Да-да, - вежливо ответил Старос. - Мы обязательно подумаем над этим. Но вообще-то девяносто процентов мирового золота идет на нужды электронной промышленности». Филипп Георгиевич умер в Москве, во время выборов в члены-корреспонденты 12 марта 1979 г. Его надорванное сердце не выдержало напряжения борьбы. Он скончался на руках у друзей, в машине, мчавшей его по Ленинскому проспекту в академическую больницу, и последними его словами было удивленное восклицание: «Ребята! Я теряю сознание... »
Незадолго до смерти Старос получил письмо от министра электронной промышленности А.Шокина. Министр выражал сожаление по поводу ухода Староса из отрасли и предлагал обсудить возможности сотрудничества.
Всего лишь пять лет Старос жил и работал во Владивостоке. Очень малый срок, но он сильно отразился на развитии физики на Дальнем Востоке. Я глубоко убежден, что никому другому не удалось бы сделать то, что сделал он, - заложить на пустом месте абсолютно новое физическое направление мирового уровня, которое не только оказалось жизнеспособным после смерти своего создателя, но и смогло успешно развиться и утвердиться. Здесь сказались не только его талант и предвидение ученого, но и его необычный статус бывшего американца, авторитет одного из крупнейших изобретателей страны, вхожего в кабинеты высоких руководителей Академии и Правительства. У него было Имя, и под это Имя многое давали. Например, чтобы получить деньги для покупки второй импортной установки, Филипп Георгиевич пошел прямо к Президенту АН СССР А.П.Александро-ву, и тот на письме-ходатайстве поставил резолюцию: «Эти работы важны не только для ДВНЦ, но и для всей науки в целом».
Но я уверен и в другом. Никто, кроме Лифшица, не смог бы столь умело и эффективно продолжить дело Староса, создать столь мощную и авторитетную физическую школу, которую мы имеем сегодня в ИАПУ. И пусть направление исследований получилось не совсем то, которое изначально планировал Старос, пусть оно сузилось до физики поверхности полупроводников, но это - направление мирового класса, школа признана в мировом сообществе, ученики Лифшица сделались авторитетами в своей области.
Мне повезло в жизни. Я учился у Корсунского и Генкина, получал у них уроки преданности науке. Я работал со Старосом, ходил с ним на яхте, посещал его музыкальный салон в Доме ученых, слушал рассказы об Америке. Я работал с Лифшицем, ловил с ним рыбу, слушал его песни под гитару. Я не отношу себя к школе Лифшица. Мы оба - выпускники школы Корсунского и Староса. Мы друзья-соратники. Но я всегда смотрел на Лифшица немножко снизу вверх. Даже когда мы оба еще были молодыми кандидатами в кандидаты. Наверное, я угадывал, что ему уготован более высокий полет. Очень жаль, что его не стало так быстро. Очень жаль, что так недолго был с нами Старос. Ребята, берегите друг друга! Нас так мало.
