Введение

В данной работе сделан краткий экскурс в историю развития мобильных устройств. На основании исторического анализа выведены базовые принципы технологической эволюции. На базе полученных выводов сформулирована схема принятия решения о выборе той или иной технологии при проектировании мобильных устройств.

История создания мобильных устройств

Мобильные или портативные устройства, в широком смысле слова, существовали всегда. Каменные молоток, лук, мушкет и т.д., в прошлом - самые необходимые вещи для пропитания (средство производства) и самосохранения (средство безопасности). С течением времени суть потребностей не меняется, меняется форма.
В современном мире со словом "мобильный" большинство людей ассоциирует понятие мобильной связи, олицетворением которого является сотовый телефон. Действительно, степень проникновения сотовой связи в развитых странах близка 100% (практически все население знает, что такое "сотовый телефон"). Кроме этого, сотовый телефон объединяет в себе все технологии, применяемые в других мобильных устройствах (классификация будет дана позже).
По этой причине рассмотрим историю создания мобильных телефонов, подразумевая, что она, по нашему мнению, является наиболее показательной и отражает основные механизмы эволюции мобильных устройств в целом.

Первый мобильный телефон был установлен в автомобиле Ларса Магнуса Эрикссона, великого шведского телефонного промышленника, в 1910 году. Эрикссон часто разъезжал с супругой Хильдой по живописным местам родной Швеции, прихватив с собой телефонный аппарат, провода от которого были присоединены к двум длинным шестам.
Сеанс общения происходил следующим образом. Хильда подходила к столбам телефонных линий, протянутых вдоль дороги, и дотягивалась шестами до разных пар, а Ларс слушал трубку телефона. Когда находилась свободная пара, Эрикссон крутил ручку вызова и заказывал телефонному оператору нужный разговор.
Такой способ и раньше использовался для армейских переговоров и, вдобавок, для хулиганства. Однако именно Эрикссон был первым обладателем гражданского и полностью легального мобильного телефона. Ведь телефон стоял в машине, а чета Эрикссонов путешествовала, значит - телефон мобильный! Хотя пока и не сотовый.

К тому времени уже было сделано открытие радио. 25 апреля (7 мая) 1895 на заседании физического отделения Русского физико-химического общества Попов сделал научный доклад об изобретении им системы связи без проводов и продемонстрировал её работу. Однако радиостанции могли передавать только телеграфную азбуку. Следующий, вполне предсказуемый шаг сделал канадец Реджинальд Фессенден. Он интересовался разработками в области радио и предпочитал "искровой" системе Маркони собственное изобретение - передачу с помощью высокоскоростного мотора. Такие моторы были громоздкими и шумными, зато делали передачу более надежной. А самое главное - они позволяли передавать голос. В рождественскую ночь 1906 года Фессенден играл на скрипке, и его слушали радисты морских кораблей - такой была первая звуковая радиопередача. К созданию радиотелефона человечество подтолкнули, как ни странно, американские гангстеры. В Америке 20-х годов их было так много, что полиция крупных городов готова была сложить оружие и перейти в полном составе в бандиты.
Грабители, планируя нападение на банк, в первую очередь выясняли, далеко ли от здания банка расположен полицейский участок. Пока дежурная часть получала сигнал тревоги, пока полицейские машины добирались до места, предприимчивые флибустьеры успевали не только вычистить все сейфы, но и "малым ходом" убыть в более спокойные воды. Полиции оставалось изучать следы и тосковать над очередным "глухарем".
В 1917 году в городе Детройт, который почему-то особенно страдал от таких преступлений, появились "полицейские будки" с автомобилями и телефонами. Теперь патруль мог приехать от ближайшей "будки". Но как только автомобиль отъезжал на вызов, связаться с ним было уже нельзя. И второй банк в этом же районе можно было грабить беспрепятственно, чем налетчики и пользовались: первое ограбление было отвлекающим, а второе - основным.
Естественным выходом из ситуации была радиосвязь, и в 1921 году в Детройте начались первые эксперименты. О двусторонней связи, впрочем, не приходилось даже мечтать - запихнуть тогдашний передатчик в автомобиль было невозможно. Поэтому на машинах были только приемники, а задания передавались с базовой радиостанции полицейского участка. Разумеется, чтобы подтвердить получение, приходилось звонить в участок из ближайшей телефонной будки. Но наличие приемника все-таки позволяло перевести машины на постоянное патрулирование, и скорость реагирования повышалась многократно.
Но не все поначалу было гладко. Заставить работать систему удалось далеко не сразу. Радиолампы в приемниках норовили разбиться от тряски в машине. Батарей хватало ненадолго, а собственные генераторы автомобилей были слишком слабыми для приемников. Да и Федеральная комиссия по радио (FRC) чуть не отняла у радиостанции лицензию - она официально считалась развлекательной (!) и потому должна была для соблюдения правил в перерывах между сообщениями о преступлениях и пропавших людях передавать музыку и новости! К тому же сначала город не хотел выделять денег, но вскоре благодаря радио был найден пропавший мальчик, и отношение к новой технике улучшилось.
К 1928 году все проблемы были решены, и началось регулярное патрулирование улиц нарядами на машинах с радиоприемниками. За первый год такой работы благодаря радио полиция смогла провести 551 арест. Тем временем разрабатывались все более легкие и надежные передатчики. И с 1933 года американская полиция стала внедрять уже двухстороннюю связь - полноценный радиотелефон с приемом и передачей на разных длинах волн. Иногда от радиостанции к машинам передача шла на средних волнах (так радиус действия больше), а вот в обратную сторону - на ультракоротких, потому что только такой передатчик влезал в машину.
Еще один толчок развитию голосовой связи дала Вторая мировая война. Появились относительно компактные рации, способные напрямую "слышать" друг друга. Они устанавливались на танках и в самолетах, и после войны электроника оказалась достаточно совершенной для появления первых гражданских мобильных телефонов. Первая сеть мобильной телефонной связи была открыта в городе Сент-Луис (США) в 1946 году. Вскоре такие же системы появились в других крупнейших городах США, а затем в Европе.
Тяжелая, но достаточно надежная рация устанавливалась в автомобиле. Радио блок отправлялся в багажник, а трубку вместе с панелью управления монтировали в кабине водителя. Конструкция портативностью не отличалась, но от нее того не требовалось.
Позвонить по телефону было непросто: водитель поднимал трубку и... начинал переключать каналы, стремясь найти свободный - связь-то аналоговая. (В Сент-Луисе каналов было всего три, а, например, в Нью-Йорке - 12). Затем нужно было поговорить с оператором и назвать городской номер. И только после этого наконец-таки удавалось пообщаться не с барышней на узле связи, а с тем, кого, собственно, и разыскивал. В 1947 году исследовательская лаборатория Bell Laboratories (принадлежащая компании AT&T) выступила с предложением создать мобильный телефон уже в нашем современном понимании.
Техника понемногу совершенствовалась. В 1960-е годы появились системы на транзисторах (23-го декабря 1947 года Бардин, Браттэйн и Уильям Шокли открыли транзистор), которые автоматически искали свободный канал; многие из них позволяли непосредственно, без участия оператора, набрать номер. С этого начинается период бурного развития мобильных телефонов. Нет смысла перечислять все вехи на этом пути, отметим лишь пару любопытных фактов.
В 1983 году был выпущен первый портативный сотовый телефон - Motorola DynaTAC 8000X. Считается, что первый звонок по этому телефону был сделан 3 апреля 1983 г., когда его изобретатель, сотрудник Motorola Мартин Купер (Martin Cooper) позвонил конкуренту из AT&T Джоэлю Энгелю (Joel Engel). DynaTAC весил около 1.15 кг и имел размер 22.5х12.5х3.75 см (по другим данным 800 граммов с габаритами 33 х 4,5 х 9 см). На его передней панели было расположено 12 клавиш, из них 10 цифровых и две для отправки вызова и прекращения разговора. У DynaTAC-а отсутствовал дисплей (по другим данным был оснащён светодиодным дисплеем) и не было ни каких дополнительных функций. В режиме ожидания он мог работать до восьми часов, в режиме разговора около часа (по другим данным 35 минут), заряжать его приходилось чуть более 10 часов. Потребителей настолько поразила возможность всегда оставаться на связи при помощи портативного телефона, что в очередь на приобретение DynaTAC 8000X записывались тысячи человек: и все это несмотря на внушительную первоначальную цену новинки - 3995 долларов.
9 сентября 1991 в России появился первый оператор сотовой связи на базе технологии NMT-450 - ЗАО "Дельта Телеком". Цена телефона Mobira - MD 59 NB2 (весом около 3 кг) с подключением составляла около $4000. Минута разговора стоила около $1. За первые четыре года работы "Дельта Телеком" подключила 10 000 абонентов.

Результатом бурного развития за последние 40 лет явилось то, что на конец 2005 года в мире насчитывалось около 2 млрд. абонентов мобильной связи (число линий стационарной связи составляет 1,2 млрд.). В 2005 сбыт сотовых телефонов в мире составил 836 млн. штук. на $110 млрд. Около 32 % рынка сотовых телефонов занимал Nokia, 18 % - Motorola, 12 % - Samsung, 7 % - Sony Ericsson.

История развития элементной базы

Мобильный телефон, как и любое другое комплексное мобильное устройство, аккумулирует в себе результаты деятельности огромного числа смежных отраслей, которые обеспечивают конечный продукт необходимыми компонентами - элементной базой.
Любое современное мобильное устройство можно представить в виде конечного числа блоков:

корпус.

процессор;

экран;

память;

аккумулятор;

радио и проводные интерфейсы;

печатная плата

Развитие мобильных устройств идет рука об руку с развитием элементной базы. Несмотря на то, что детальный анализ данного процесса является предметом отдельной работы, рассмотрим историю развития процессоров и жидкокристаллических дисплеев (самых высокотехнологических и самых значимых по функциональности компонентов устройства).

История развития процессоров

Изначально термин Центральное Процессорное Устройство (ЦПУ) описывал специализированный класс логических машин, предназначенных для выполнения сложной последовательности математических операций - программного кода. С появлением процессоров - это термин был ими унаследован. Начало применения термина ЦПУ было положено в 60-х годах 20 века.
Исторически разделение процессоров на просто процессоры и микропроцессоры возникло в начале 70-х годов XX века, с началом производства больших интегральных схем (БИС). БИС начали производить в конце 60-х годов XX века, когда, во-первых, уменьшились габариты транзисторов, а во-вторых, увеличился процент выхода годных. Тогда появился смысл проводить исследования по построению процессора на одной микросхеме. От слов "микросхема" (MICROCHIP) и "процессор" (PROCESSOR) возникло понятие "микропроцессор" (MICROPROCESSOR). Путь микропроцессора от идеи до господства на рынке был совсем не прост.
Началось все, пожалуй, с компании Fairchild Semiconductor, основанной группой ученых для разработки и внедрения технологии массового производства кремниевых транзисторов по методу двойной диффузии и химического травления. Эта технология позволяла одновременно получать на одной пластине сразу сотни транзисторов. Конечно, ни о каких процессорах они и не думали, но вот команда подобралась там очень сильная, и долгое время Fairchild Semiconductor была кузницей кадров для электронной отрасли США.

В апреле 1965 года, Гордон Мур, занимавший в ту пору должность директора отдела разработок компании, в статье для журнала Electronics дал прогноз развития микроэлектроники, получивший вскоре название закона Мура. Если такая тенденция продолжится, заключил Мур, то мощность вычислительных устройств экспоненциально возрастет на протяжении относительно короткого промежутка времени. В самой сложной микросхеме компании Fairchild было всего 64 транзистора, о каких-либо достоверных статистических данных в этой отрасли не приходилось и говорить. Гордон Мур между тем сумел предугадать темпы развития всей отрасли на несколько десятилетий вперед.
Неудовлетворенные положением дел в Fairchild Semiconductor, двое из основателей Роберт Нойс (Robert Noyce) и Гордон Мур (Gordon Moore), приняли решение покинуть компанию и основать собственный бизнес. В поисках финансирования Нойс и Мур обратились к Артуру Року (Arthur Rock) - финансисту, который ранее помог создать Fairchild Semiconductor. И через два дня, как в сказке, компаньоны получили два с половиной миллиона долларов. В 60-х годах прошлого века это было целое состояние, притом, что их бизнес план составлял всего два коротких абзаца текста.

Настала очередь выбора названия. Первое пришедшее в голову название было составлено из имен отцов - основателей компании - Moore Noyce. Однако товарищи подняли их на смех. Такое название произносилось бы как more noise ("много шума"), что для электроники хуже некуда. В результате составили список, из которого Мур и Нойс выбрали сокращение "интегрированная электроника" - Intel. Правда, такое название уже было зарегистрировано для сети мотелей. Пришлось его выкупать.

В первые годы своего становления компания делала микросхемы на заказ. В отсутствие современных средств проектирования, инженеры вычерчивали черновые варианты на миллиметровке, а затем чертежники переносили их на специальную вощеную бумагу. Прототип маски изготавливали вручную, нанося линии на огромные листы лавсановой пленки. Проверка правильности производилась путем "прохода" по всем линиям цветным фломастером. Сама маска изготавливалась путем переноса чертежа с лавсановой пленки на рубилит.

Гравировка на рубилите также осуществлялась вручную. Затем несколько дней приходилось перепроверять точность гравировки. В том случае, если необходимо было убрать или добавить какие-то транзисторы, это делалось скальпелем. Малейшая ошибка на любом этапе - и все приходилось начинать сначала. В апреле 1969 года в Intel обратились представители японской фирмы Busicom, занимающейся выпуском калькуляторов. Для своего нового настольного калькулятора Busicom хотела заказать 12 микросхем различного назначения. Сложность заключалась в том, что 12 новых микросхем Intel физически потянуть не могла, но Мур и Нойс решили рискнуть и взяться за выгодный заказ.
Выход нашел один из сотрудников Intel, Тед Хофф (Ted Hoff). Раз компания не имеет возможности спроектировать 12 микросхем, нужно сделать всего одну универсальную микросхему, которая по своим функциональным возможностям заменит их все. Иначе говоря, Тед Хофф впервые сформулировал идею микропроцессора. В июле 1969 года была создана группа по разработке, и работа началась. В сентябре к группе присоединился также перешедший из Fairchild Semiconductor Стэн Мазор (Stan Mazor). Представителем заказчика в группу вошел японец Масатоси Сима (Masatoshi Shima). Чтобы полностью обеспечить работу калькулятора, необходимо было изготовить не одну, а четыре микросхемы. Изготовлением микросхем такой сложности до этого никто не занимался.
В апреле 1970 года к группе по выполнению заказа Busicom присоединился новый сотрудник - Федерико Фэджин (Federico Faggin). Не смотря на молодость - ему было 28 лет - Фэджин успел поработать над созданием мини-ЭВМ Olivetti, и, естественно, послужить в Fairchild Semiconductor.
Вскоре Фэджин фактически возглавил проект, над которым кроме него работало два электротехника и три чертежника. Дело в том, что руководство Intel смотрело на заказ Busicom, как на интересный с экономической, но не важный со стратегической точки зрения, и направляло основные силы разработчиков на микросхемы памяти. В итоге вся тяжесть работы легла на Фэджина. Первоначально его группа также взялась за разработку чипа 4001 - микросхемы ROM. Обстановка была весьма нервозной, поскольку никто до них не делал изделий такой сложности. Все приходилось проектировать вручную с нуля. Помимо проектирования чипа параллельно нужно было изготавливать тестовое оборудование и разрабатывать программы тестирования. Порой Фэджин пропадал в лаборатории по 70-80 часов в неделю.
В октябре 1970 года работы по изготовлению чипа 4001 были закончены. Микросхема работала безупречно. Это повысило уровень доверия к Intel со стороны Busicom. В ноябре был готов и чип 4003 - микросхема интерфейса с периферией, самая простая из всего набора. Еще чуть позже был готов 320-битный модуль динамической памяти 4002. И вот, наконец, в конце декабря 1970 года с завода для тестирования были получены первые образцы. Фэджин сел перед осциллографом, включил кнопку напряжения и… линия на экране даже не дернулась. Исследование пластины под микроскопом выявило нарушения в технологическом процессе, приведшие к тому, что некоторых межслойных перемычек на схемах не было. Следующая партия образцов поступила в январе 1971 года. На этот раз все работало. В течение усиленного тестирования обнаружились незначительные ошибки, которые удалось быстро исправить.
В марте 1971 года Intel отправила в Японию комплект для калькулятора, который состоял из одного микропроцессора (4004), двух 320-битных модулей динамической памяти (4002), трех микросхем интерфейса (4003) и четырех микросхем ROM. В апреле из компании Busicom поступило сообщение, что калькулятор работает идеально. Можно было запускать производство. Однако Федерико Фэджин убедил руководство Intel, что глупо ограничиваться только калькуляторами. Микропроцессор можно было использовать во многих областях современного производства - набор микросхем 400x представляет самостоятельную ценность. Но первый в мире микропроцессор не принадлежал Intel, все права были у Busicom. В результате долгих переговоров компания Busicom продала права на микропроцессор 4004 и сопутствующие микросхемы за шестьдесят тысяч долларов. Руководство компании Intel смотрело на микропроцессоры как на побочный продукт, который лишь способствует продажам главного товара - модулей оперативной памяти, но оно решило рискнуть. Компания Intel выбросила на рынок свою разработку в ноябре 1971 года под названием MCS-4 (Micro Computer Set). Intel развернула специальную пропагандистскую кампанию, адресованную инженерам и разработчикам. В своих рекламных объявлениях Intel доказывала, что микропроцессоры, конечно, не являются чем-то очень серьезным, но зато их можно использовать в разных специфических областях, типа автоматизации производства. Помимо калькуляторов набор MCS-4 нашел себе применение в качестве контроллеров для самых разных устройств. Фэджин был не согласен с политикой руководства Intel, которое не считало его разработку основным продуктом. Отец микропроцессора совершил несколько туров по США и Европе, пропагандируя, убеждая, просто рассказывая о новом продукте. В октябре 1974 года, завершив разработку нового микропроцессора 8008, Федерико Фэджин покинул Intel и основал свою собственную компанию Zilog, Inc. В мае 1976 года на рынке появился микропроцессор Z80 компании Zilog. Процессор Z80 был очень успешным проектом и серьезно потеснил на рынке процессоры Intel 8008 и 8080. В середине 70-х - начале 80-х годов компания Zilog была для Intel серьезным конкурентом, способным выпускать качественные и дешевые процессоры той же архитектуры. После того, как компьютерный гигант IBM решил делать свои персональные компьютеры на базе процессора 8088, позиции Intel резко усилились. Сегодня это лидер по производству процессоров. Fairchild Semiconductor, преодолев трудности, во многом связанные с постоянным уходом ключевых сотрудников, имеет производственные мощности в США, Малайзии, Филиппинах, Китае и Южной Корее и занимает прочные позиции на рынке компонентов для силовой электроники. Годовой оборот колеблется около 1 млрд. долларов.
Федерико Фэджин находился у руля Zilog Inc. до 1981 года, вплоть поглощения ее Exxon Enterprises. На сегодня продано более 1 миллиарда процессоров Z80.

История жидкокристаллических дисплеев

Открытие жидких кристаллов, как и много других открытий произошло почти случайно, благодаря необычному подходу в определении кристалла выдающимся физиком-экспериментатором Отто Леманом (1855-1922), Леман выдвинул следующее утверждение: определяющим свойством кристаллов является не наличие пространственной решетки (дальнего порядка), а анизотропия оптических свойств и способность к росту в перенасыщенных растворах (кристаллизация). Далее последовал вывод, основанный на многолетних исследованиях: есть твердые кристаллы; есть кристаллы, которые проявляют аморфные свойства - это кристаллы йодистого серебра; а значит должны быть кристаллы, которые являются жидкими. Жидкостей, обладающих оптической анизотропией Леман не знал.
Но 14 марта 1888 г. письмо, полученное от доцента Немецкой высшей технической школы в Праге Фридриха Рихарда Рейнитцера (1857-1927), помогло заполнить пробел в его классификации. Рейнитцер проводил научные исследования, где пытался установить химическую формулу холестерина. Для этого он получал различные производные холестерина, в частности холестеринацетат и холестеринбензоат, и при попытке определить их температуру плавления столкнулся с интересными явлениями. Во-первых, при плавлении эти бесцветные в твердом состоянии соединения становились оптически анизотропными и приобретали окраску, которая менялась с повышением температуры, но при дальнейшем нагревании исчезала. Во-вторых, плавление происходило как бы в две стадии - вначале образовывался оптически анизотропный расплав, а при более высокой температуре - бесцветный оптически изотропный расплав.

В попытке объяснить это явление, он обратился к Леману, крупнейшему специалисту в этой области. В сопроводительном письме Рейнитцер писал: "…я осмеливаюсь переслать Вам два вещества с просьбой по возможности более тщательно исследовать их физическую изомерию. Оба вещества (холестерилацетат и холестерилбензоат) обнаруживают такие выдающиеся и красивые явления, что я надеюсь, это в какой-то мере заинтересует Вас. … Холестерилбензоат имеет, если можно так выразиться, две точки плавления. При 145,5 ?C оно вначале плавится в мутную, но совершенно подвижную жидкость. Она при 178,5 ?C ?внезапно становится совершенно прозрачной. При охлаждении появляется фиолетовая и синяя окраска, которая быстро исчезает, при этом подвижная масса становится молочно-белой. При дальнейшем охлаждении еще раз появляется фиолетовая и синяя окраска, и затем, вещество затвердевает в белую кристаллическую массу. При наблюдении в микроскоп обычным методом можно легко проследить следующее: при охлаждении вначале появляются звездочки, а позднее большие, состоящие из лучистых иголок агрегаты. Первые вызывают мутность. При расплавлении твердого вещества до мутной жидкости мутность вызывается не кристаллами, а жидкостью, которая в расплавленной массе образует маслянистые бороздки, выглядящие в скрещенных николях светлыми. Они, очевидно, при повышенной температуре, являются расплавленной модификацией вещества, но в кристаллическом состоянии ..." Леман тщательно изучал присланные Рейнитцером соединения. Рейнитцер тоже продолжал свои исследования. При этом они обменивались письмами, где сообщали друг другу о результатах. Только через два года, Леман, нашедший этим явлениям место в своей теории и набравший достаточные, как ему казалось, доказательства опубликовал статью.

Открытие жидких кристаллов вызвало настороженное отношение большинства физиков и химиков. Несмотря на активную пропаганду Леманом своего открытия, большинство ведущих ученых не верили в существование жидких кристаллов. Их настораживали теоретические представления Лемана об отсутствии в кристаллах пространственной решетки. Кристаллографы не соглашались считать препараты Лемана кристаллами, несмотря на их оптическую анизотропию.
Однако наряду с учеными, не верившими в существование жидких кристаллов, были и такие, кто своими работами пытался доказать их реальность. Рудольф Шенк (1870-1965), тогда приват-доцент Марбургского университета, своими тщательно выполненными опытами показал, что все известные ему жидкие кристаллы являются совершенно чистыми соединениями и при плавлении не разлагаются. Была создана специальная комиссия для рассмотрения вопроса о реальности жидких кристаллов. Комиссия заседала долго и ни к чему не пришла. Но сам факт ее создания поставил под сомнение работы Лемана. Следствием этого стало прекращение работ по строительству новой лаборатории Лемана, и вообще приостановление финансирования его научных работ.
С мертвой точки историю жидких кристаллов сдвинули работы немецкого химика Даниеля Форлендера (1867-1941), который получил сотни новых соединений, обладавших при плавлении оптически анизотропными фазами. Сопоставляя способность соединений к образованию жидкокристаллических фаз с их химическим строением, Форлендер установил, что для того, чтобы соединение обладало при плавлении жидкокристаллической фазой, его молекулы должны быть сильно асимметричными и предельно "жесткими". После работ Форлендера, научный мир принял существование жидких кристаллов. Встал вопрос: кто же их открыл?
Форлендер предложил считать Лемана и Рейнитцера соавторами открытия. Это не устроило Лемана, который утверждал, что открыл жидкие кристаллы задолго до письма Рейнитцера. Полемика развернулась на долгие годы. Особенно этот вопрос волновал самого Лемана, который почти в каждой статье и каждой книге писал о своем приоритете.

Несмотря на столь драматическое начало, дальнейшая история развития физики жидких кристаллов протекала вяло. Интерес к ним быстро угас, ибо практического применения они не нашли. Теория, объясняющая их свойства, постепенно совершенствовалась, открывались все новые и новые вещества, проявляющие жидкокристаллические свойства. Только в 20-ых годах российским ученым Всеволодом Константиновичем Фридериксом были сделаны открытия, открывшие путь к практическому использованию жидких кристаллов. Во-первых, было доказано, что нематики (пространственно упорядоченные жидкие кристаллы), ориентируются магнитным полем так, что их молекулы выстраиваются вдоль определенного пространственного направления. Выяснена была и причина этого эффекта - анизотропия диамагнитной восприимчивости нематиков. Этот эффект в 70-е годы получил название "переход Фредерикса". Также было установлено, что для каждой напряженности поля существует своя предельная толщина слоя, до которой нематик сохраняет первоначальную ориентацию. Это положение сейчас известно как закон Фредерикса. Он указывает, что переориентация нематика в магнитном поле имеет пороговый характер и описывается неким критическим полем (поле Фредерикса). Выражение для этого критического поля было получено Фредериксом в 1930 г. В практическом плане пороговый характер переориентации означал, что при некотором критическом значении напряженности поля все молекулы одновременно совершают свой поворот, переводя пленку жидкого кристалла из непрозрачного состояния в прозрачное. Этот эффект лег в основу конструкций устройств отображения информации.
В тридцатых годах последовал ряд работ, показавших, что причиной ориентации нематика в электрическом поле является анизотропия диэлектрической проницаемости. Разобраться во взаимодействии электрического поля и жидкого кристалла было непросто, так как нематик мог переориентироваться и вследствие движения носителей заряда. Неизвестно, как далеко продвинулась бы группа Фредерикса, если бы 1936 году он не был арестован и сослан в лагеря. Часть работ этого выдающегося ученого осталось неизвестной, хотя и была опубликована в советской и немецкой литературе, и была вновь открыта лишь 30 лет спустя.
В 1963 г. американец Дж. Фергюсон предложил использовать свойство жидких кристаллов изменять цвет под воздействием температуры для обнаружения не видимых простым глазом тепловых полей. После того как ему выдали патент на изобретение, интерес к жидким кристаллам резко возрос. В 1965 г. в США собралась первая международная конференция, посвященная жидким кристаллам. В 1968 г. американские учёные создали принципиально новые индикаторы для систем отображения информации. Принцип их действия был, естественно, основан на том, что молекулы жидких кристаллов, поворачиваясь в электрическом поле, по-разному отражают и пропускают свет. Под воздействием напряжения, которое подавали на проводники, впаянные в экран, на нём возникало изображение, состоящее из микроскопических точек. В 1973 г. группа английских химиков под руководством Дж. Грея синтезировала жидкие кристаллы из доступного и недорого сырья.



Исторический анализ и выводы
Рассматривая историю развития мобильных устройств и составляющих технологий можно сделать несколько полезных выводов о принципах эволюции технологии и технологического продукта.

Принцип перспективности
Данный принцип базируется на экономической концепции жизненного цикла продукта.
Первый вывод заключается в том, что любая технология проходит, так называемые, "стадии жизненного цикла продукта":

1. период зарождения - (от изобретения до воплощения в жизнь)
2. период бурного роста - (экспоненциальный период)
3. период насыщения и стабилизации - (заполнение емкости рынка)
4. период затухания и последующего спада (вследствие замещения конкурирующими технологиями)

Рассмотрим подробнее каждый из периодов в отдельности.

Период зарождения

Период зарождения характеризуется высокой неопределенностью, и, как правило, не поддается никакому системному анализу, длиться неизвестно сколько, и заканчивается неизвестно чем. Единственное, что стоит заметить это то, что появление наиболее перспективных технологий сопровождается, в большинстве случаев, элементом случайности, кропотливой исследовательской работой, основанной на научном энтузиазме ученых и инженеров, а также некоторой интригой и спором о приоритете.
Для иллюстрации рассмотрим, пожалуй, самую известную интригу 20 века, создание СТО (специальной теории относительности). Три работы считаются основополагающими при создании СТО. Первая опубликована в 1904 году уже действительным лауреатом нобелевской премии Хендриком Антоном Лоренцом. Вторая - краткое сообщение, опубликованное в 1905 г. известным математиком Анри Пуанкаре. Третья работа опубликована в 1905 г. безвестным мелким служащим швейцарского федерального патентного бюро Альбертом Эйнштейном.

Итак, налицо явный спор приоритетов. Как же получилось, что работа новичка, а Эйнштейн был новичком по сравнению с маститыми Лоренцом и Пуанкаре, в дальнейшем была признана приоритетной? Ответ будем искать в исследованиях специалистов. В. Паули, в своей книге "Теория относительности" пишет: "Основы новой теории были доведены до известного завершения Эйнштейном. Его работа 1905 г. была направлена в печать почти одновременно с сообщением Пуанкаре и написана без осведомленности о работе Лоренца 1904 г. Исследование Эйнштейна содержит не только все существенные результаты обеих названных работ, но также, прежде всего, изложение совершенно нового и глубокого понимания всей проблемы". М. Борн также писал о своем впечатлении о работе Эйнштейна: "Хотя я был хорошо знаком с релятивистской идеей и с преобразованиями Лоренца, ход идей Эйнштейна был для меня откровением".
Успех Эйнштейна следует искать в новом и глубоком освещении проблемы!
Таким образом, наиболее перспективная идея с самого начала вызывает бессознательные споры и конфликты.

Период бурного роста

Если период неопределенности стадии зарождения пройден удачно и технология (идея) оказалась востребованной, то наступает период ее реализации и бурного роста. Этот период характеризуется четкими закономерностями увеличения объема технологического продукта. Экономическими признаками являются высокая волатильность денежных потоков компании, смена венчурного инвестора на стратегического инвестора, подготовка и выход компании на IPO (первичное размещение акций на открытом рынке), появление новых активных конкурентов на рынке, увеличение инвестиционной привлекательности данного рынка.
Вообще, темп развития науки в целом практически не меняется последние 300 лет и составляет 5-7% в год. Это означает, что количество наукоемкого "продукта", включая научные статьи, количество экспериментального оборудования и т.д. растет по экспоненциальному закону:

(1)

Y(t) - количество "продукта" Y(0) - изначальное количество "продукта", T - период времени, за которое происходит рост в 2,72 раза. Прирост на 7% в год означает, что Т=15 лет. Экспоненциальную зависимость легко понять, поскольку прирост продукта dY за некоторый промежуток времени dt в момент времени t пропорционален количеству самого продукта.
Действительно, в отсутствие ограничивающих факторов так и происходит. Чем больше людей занимается научным трудом, тем больше себе подобных они порождают.
Из данного рассуждения напрямую следует закон Мура (степень интеграции процессоров удваивается каждые 3 года).
Вообще, рассматривая исторические примеры, есть основания полагать, что любая технология проходит период экспоненциального роста, что также подтверждают и экономические исследования. Это самый "надежный" период с точки зрения использования данной технологии, а также и самый выгодный - по мере увеличения количества "продукта" его стоимость падает. Это объясняется эффектом экономии на масштабе и конкурентными преимуществами обладания технологией.
Ярким показателем того, что период бурного роста настал, является стабильная инвестиционная активность в данной технологической области, а также растущее информационное поле вокруг продукта.

Период насыщения и стабилизации

В период насыщения и стабилизации технология достигает пика своего развития и реализации, емкость рынка полностью заполняется.
Яркими признаками данного периода являются стабилизация денежных потоков компании, увеличение в компании доли институциональных инвесторов, появление многочисленных игроков на данном рынке, слияния и поглощения компаний на данном рынке.

Период затухания и последующего спада

Затухание и спад в реализации технологии, объясняется не только экономическими причинами исчерпания рынка, но и научно-технологическими соображениями. Общие темпы научно-технического прогресса не позволяют задерживаться на одном решении длительное время. Постоянно совершенствуются экспериментальные и теоретические методы познания окружающего мира. В результате, всегда возникает несколько конкурирующих технологий, одна из которых выигрывает у всех остальных, включая старую технологию. Работает аналог принципа естественного отбора - кто более "наукоемкий", тот и прав.

Принцип необходимости

Еще один принцип, который явно следует из анализа исторических ситуаций и базируется на экономической концепции формализации потребностей. Ни одно из технологических решений не появляется (не бывает успешным) при отсутствии потенциального рынка, который может быть представлен как в явной, так и неявной форме. Потенциальный рынок, в свою очередь, складывается из потребностей конкретных людей - конечных потребителей технологического продукта.
Вооружившись выведенными принципами, сформулируем схему принятия решения о выборе той или иной технологии.

Схема принятия решения о выборе технологии

Принимать решения об использовании той или иной технологии приходиться не только разработчику продукта, но и инвестору и консалтинговой компании, поскольку степень проникновения технологий во все области жизни уже достаточно высока. Рассмотрим схему принятия решения в рамках процесса проектирования мобильных устройств.
При проектировании того или иного устройства с самого начала нужно определиться с его целевой ориентацией. Воспользовавшись принципом необходимости проведем классификацию современных мобильных устройств, указав какие потребности они удовлетворяют:

средства связи - сотовые телефоны, рации, смартфоны, пейджеры (потребность в общении, средство производства, безопасность)

вычислительная техника- ноутбуки, КПК (средство производства, развлечения, обучение, безопасность)

медиа устройства - DVD, CD, MP3 плееры (развлечения, средство обучения и производства)

промышленные устройства и специальная техника - измерительная техника, складское оборудование, системы безопасности, специальные медицинские и образовательные терминалы (средство производства, безопасность)

бытовая техника - пульты управления, брелки сигнализаций (потребность в комфорте, безопасность) Каждый класс устройств, удовлетворяя конкретные потребности людей, обладает необходимым набором базовых функций.

Каждое новое устройство можно разложить по вышеизложенным классам, определив, таким образом, каким базовым функционалом оно должно обладать.
Одновременно с этим каждый из классов обладает характерными масштабами удовлетворения потребностей, емкостью рынка, что отражается на объемах производства. Зная конкретные потребности, которые удовлетворяет устройство, и, воспользовавшись статистическими данными, можно определить количество потенциальных потребителей.

Выделим три вида объемов:

Единичные экземпляры и мелкие серии (служат, как правило, для проверки идеи или проведения полевых испытаний). 1-1,000 устройств.

Средние партии (вертикальные или нишевые решения, например, обеспечение школ специфическими средствами обучения, оснащение складов, магазинов и т.д.) 1,000-100,000.

Крупные партии (горизонтальные или массовые продукты) более 100,000 штук.

Итак, при проектировании конкретного устройства мы должны определить базовый функционал и количество устройств в серии. На этом шаге мы вполне представляем себе, как должно выглядеть устройство и, приблизительно, какими компонентами оно должно быть наполнено.
Теперь необходимо принять решение о выборе конкретной технологии, или иначе, о конкретных компонентах, на которых будет построено устройство. Например, вам нужно принять решение, ставить в устройство связи GSM модуль или GSM\GPRS модуль, или GSM\GPRS\EDGE модуль или сразу искать модуль 3G. У всех этих модулей разные цены и разные габариты (что очень важно в портативных устройствах). Возможно, удастся осуществить выбор на основе требований к функционалу устройства, и этот выбор будет однозначным (например, понятно, что в телефонах для детей до 6 лет никакого EDGE и GPRS не нужно). Однако бывают ситуации, когда нужно выбрать модуль, исходя из жизненного цикла той или иной технологии. Это может произойти когда, например, ваше устройство выходит на рынок через 1-2 года от текущего момента. В данном случае, требуется применить Принцип перспективности и посмотреть в каком периоде развития находится та или иная технология. Очевидно, что в результате на момент выхода устройства выбранная технология должна находиться в стадии бурного роста, причем достаточно далеко от точки его завершения. Точнее, время жизни вашего нового устройства на рынке должно быть меньше промежутка времени, оставшегося до начала периода насыщения.
Таким образом, мы сразу решаем несколько проблем:

Технология постоянно дешевеет, падает себестоимость продукта.

Существуют надежные поставщики данной компоненты вследствие жесткой конкурентной борьбы между ними.

Устройство будет "современным", "модным" и совместимым с большинством альтернативных решений на рынке (оно должно "влиться" в рынок).

Объединив требования Принципа необходимости и Принципа перспективности, заметим, что для разных объемов производства перспективность технологии имеет разное значение.

Рассмотрим таблицу.

Объем	Перспективность технологии	Комментарии
Средняя серия	Имеет небольшое значение, если не связано напрямую с функциональностью	Если того не требует функциональность в устройствах вертикальных (нишевых) решений можно использовать компоненты периода насыщения. Срок жизни устройств, как правило, очень велик (от 2 до 20 лет) и основным критерием является отлаженность и надежность технологии. При ограниченных партиях можно пользоваться, так называемыми, компонентными брокерами, то есть вторичным рынком компонент.
Крупная серия	Имеет значение всегда	Горизонтальный, или массовый рынок - самый чувствительный к выбору технологии и с точки зрения современности и с точки зрения потенциала снижения себестоимости устройства в течение времени его жизни. Характерное время жизни массовых устройств от 6 месяцев до 2 лет.

В результате получаем схему принятия решения об использовании той или иной технологии (компоненты) при проектировании устройства.



Потребности рынка определяют функционал устройства - Принцип необходимости. В свою очередь функционал определяет объемы рынка - количество людей, которые воспользуются решением. В зависимости от объемов и функционала следует или не следует применять Принцип перспективности технологии. Иногда удается принять решение о технологии только на базе функционала устройства.

Заключение

Рассмотрены исторические примеры развития мобильных телефонов, а также процессоров и жидкокристаллических дисплеев. На основании исторического анализа выведены 2 принципа эволюции технологи: Принцип необходимости и Принцип перспективности. С использованием данных принципов сформулирована схема принятия решения о выборе технологии в процессе проектирования мобильных устройств. Заметим, что аналогичный подход применим при проектировании любых иных технологических продуктов.