Jack Kilby: Der Ingenieur, der den Mikrochip erfand
Hier wird das Techie-Herz erwärmt: Diese Serie ist für alle von euch, die sich jeden Tag eine kleine Auszeit von der Weltlage wünschen. Es gibt täglich eine Geschichte für euch – neu oder aus unserem Archiv, aber auf jeden Fall geeignet für ein wenig fröhlichen Eskapismus. Viel Spaß!
Jack Kilby ist für ein Patent besonders bekannt: Es wurde am 6. Februar 1959 eingereicht, trägt den Titel Miniaturized Electronic Circuits (Miniaturisierte elektronische Schaltungen), hat die US-Patent-Nummer 3.138.743(öffnet im neuen Fenster) und beschreibt das, was heute Mikrochip genannt wird.
Dabei war das Patent nicht sein einziges. Kilby wurden im Verlauf seiner Karriere über 60 Patente erteilt. Das Mikrochip-Patent war nicht einmal sein erstes, vorher gab es schon welche für Plug-in Circuit Units und eines für Semiconductor Structure Fabrication.
Kilby war nicht nur in Sachen Halbleiter und Chips aktiv, Patente, deren Anträge seinen Namen tragen, beschäftigen sich auch mit Geräten wie einem Thermodrucker oder einem elektronischen Miniaturrechner(öffnet im neuen Fenster) , in dessen Patentschrift ein ziemlich klobiger Taschenrechner im Texas-Instruments-Design als Entwurfszeichnung zu sehen ist.
1966 wurde Kilby Fellow im IEEE(öffnet im neuen Fenster) , einem weltweiten Berufsverband von Ingenieuren, Technikern und Wissenschaftlern. Im selben Jahr gewann er den IEEE David Sarnoff Award. 1978 folgte der erste IEEE Cledo Brunetti Award, 1984 die IEEE Centennial Medal und 1986 IEEE Medal of Honor. 1995 wurde die IEEE Jack S. Kilby Signal Processing Medal nach ihm benannt. Hinzu kamen der Kyoto-Preis oder der Einzug in die National Inventors Hall of Fame. Im Jahr 2000 wurde Kilby der Nobelpreis in Physik verliehen.
Der Mann, der den Mikrochip erfand, führte ein interessantes Leben mit prägenden Ereignissen, die ihn schließlich auch zu seinen Erfindungen leiteten.
Los ging es mit einem Blizzard
Die Geschichte des Halbleiters ist untrennbar mit einem schweren Schneesturm verbunden. In der zweiten Aprilwoche des Jahres 1938 brach ein Blizzard über Nord-Kansas(öffnet im neuen Fenster) herein. Am Nachmittag des 7. April waren die meisten Straßen, Eisenbahnlinien und Wege bereits unbenutzbar, durch Schneegestöber und Sturm betrug die Sicht fast null.
Telegraphen- und Telefonleitungen waren unterbrochen, die Kommunikation wurde durch Funkamateure aufrechterhalten. 1997 schilderte Jack Kilby in einem Brief an den Physik-Professor Donald L. Walters, wie er diese Naturkatastrophe als Jugendlicher erlebt hatte. Walters' Großvater Roy Evand war nämlich maßgeblich daran beteiligt, per Funk Kontakt zur Außenwelt herzustellen und über die Lage in Great Bend und den schwerer betroffenen nördlichen Gebieten zu informieren.
Er half unter anderem Jacks Vater, der damals seit vier Jahren Präsident der Kansas Power Company war. Dessen einzige Möglichkeit, sich einen Überblick über die Lage in dem Bundesstaat zu verschaffen, war Amateurfunk, und "Roy schaffte es damals, andere Amateure zu kontaktieren und eine Kommunikationslinie zu den Managern der Stromanbieter herzustellen." Zusammen mit dem Vater nahm der damals 14jährige Jack an diesen Gesprächen teil und war fasziniert davon.
Der Schneesturm habe "großen Einfluss" auf ihn gehabt, schrieb Kilby weiter, "ich entwickelte großes Interesse am Amateurfunk, erwarb eine eigene Lizenz, baute selber einen Transmitter und begann zu funken." Roy und "die anderen Hams waren extrem hilfsbereit – und sehr tolerant gegenüber einem jungen High School-Studenten."
Wer sind die Hams?
Dabei hatten die Funkamateure in den USA sehr lange einen äußerst schlechten Ruf. Das von Kilby in seinem Brief benutzte Wort Ham, deutsch: Schinken, war ursprünglich eine verächtliche Bezeichnung für diese Funkamateure(öffnet im neuen Fenster) . In den 1880er Jahren wurde es von professionellen Telegrafisten und deren Gewerkschaften benutzt, um die – angeblich – kaum bis schlecht ausgebildeten Beschäftigten unter anderem der Eisenbahnunternehmen zu beleidigen. Die Firmen, so ein gängiges Vorurteil, ließen sich von windigen Telegrafistenschulen (so genannte ham schools) bestechen, damit sie ihnen die schlechtesten Absolventen abnähmen.
Nach und nach wurde der pejorative Begriff auch auf Funker angewendet – und schließlich als Selbstbezeichnung adaptiert. Die jährliche internationale Messe für Amateurfunk in Friedrichshafen trägt den Namen Ham Radio(öffnet im neuen Fenster) , ihr US-amerikanisches Pendant heißt Hamvention(öffnet im neuen Fenster) .
Im April 1938 waren die Zeitungen jedoch voll des Lobes für die Hams. Die Great Bend Tribune berichtete, dass "die hiesigen Amateur-Radio-Betreiber der Industrie halfen" und die Kommunikation mit deren Vertretern hauptsächlich durch zwei Funkstationen sichergestellt wurde. Alle Amateure der Stadt hätten mitgeholfen und beispielsweise Equipment herangeschafft. Kostenlos, denn bezahlt zu werden, verstoße gegen ihre Statuten.
Das MIT blieb ein Traum
Geboren wurde Jack Kilby, der mit vollem Namen Jack St. Clair Kilby hieß, am 8. November 1923 in Jefferson City, Missouri. Vater Hubert und Mutter Vina hatten beide studiert. Hubert Kilby arbeitete als Elektroingenieur. Als er den Präsidentenposten der Kansas Power Company übernahm, zog die Familie nach Great Bend, wo deren Zentrale angesiedelt war. Hauptarbeitgeber des damals 7.000 Einwohner fassenden Städtchens waren die Ölindustrie und die Rinderzucht.
Die Kilbys mieteten ein möbliertes Haus namens Komarek House, das von seinem offenkundig bibliophilen Besitzer mit sehr vielen Büchern ausgestattet(öffnet im neuen Fenster) worden war. Die Eltern ermunterten Jack und seine drei Jahre jüngere Schwester Jane, viel zu lesen und förderten die Kreativität und Fantasie ihrer Kinder.
Jack war ohnehin vielseitig interessiert, er beschäftigte sich mit Fotografie und spielte in der Schulband. Bis ans Ende seines Lebens sollte Jack Musik lieben – und das Radiohören. Im Interview für die Webseite des Nobelpreiskommitees(öffnet im neuen Fenster) sagte er, dass es noch einen Sender in Dallas gebe, der Big-Band-Musik spiele, "mit etwas Glück brauche ich dann nichts anderes zu hören."
Über die Qualität seiner Lehrer in der Schule äußerte er sich später nicht sehr begeistert. In einem Interview beschrieb er seine Geschichtslehrerin als mit Abstand beste Lehrkraft, "sie gehörte zu den ganz wenigen Bewohnern des Ortes, die jemals in andere Länder gereist waren. Und sie legte mehr Wert darauf uns zu vermitteln, warum etwas passiert war, als auf Jahreszahlen."
Von sturem Auswendiglernen hielt Kilby wohl nicht viel, denn für ihn waren Fantasie und Einfallsreichtum unabdingbare Voraussetzungen für alle wichtigen Entdeckungen und Erfindungen. Er sagte einmal einer offenkundig ehrgeizigen Mutter, sie solle ihrem Kind unter anderem Märchen vorlesen, um die Fantasie anzuregen, nachdem sie ihn um Ratschläge, wie ihr Kind ein großer Erfinder werden könnte, gebeten hatte.
Drei Punkte zu wenig im Mathetest
Nach der Schule wollte Jack Kilby am damals schon renommierten MIT Elektrotechnik studieren, scheiterte bei den Zugangsprüfungen jedoch knapp am Mathematiktest. Was wohl keine riesige Überraschung war, denn schon in der Schule war er nie besonders gut in Mathe gewesen. In der Wiederholungsprüfung brachte er es auf 497 Punkte, drei zu wenig, um am MIT anfangen zu können.
An einer anderen Uni hatte sich Kilby nicht beworben, und so ließ sein Vater einige Verbindungen spielen, damit Jack wenigstens an der Universität von Illinois angenommen wurde. In den ersten beiden Jahren wurden nur die Grundlagen gelehrt, wie er sich später erinnerte. Dann begann für die USA der Zweite Weltkrieg. Aufgrund seiner Funkerfahrung wurde Kilby dem Signal Corps zugeteilt, nach der dortigen Grundausbildung arbeitete er beim OCC, einem Vorläufer des heutigen CIA. Jack Kilby wurde in Indien nahe der Grenze zu Burma stationiert, wo er Kontakt zu den dortigen Agenten hielt. Das letzte halbe Jahr des Krieges verbrachte er in China.
Zurück an der Universität war der spätere Nobelpreisgewinner wohl ziemlich gelangweilt. Zumal er in einem Verbindungshaus wohnte, dessen kleine Studentenzimmer keinerlei Platz für den Aufbau von Funkequipment boten. Er verschickte Bewerbungen an Elektronik-Firmen, "mehr als 30, denn damals kamen Unternehmen nur zu Interviews mit ausgewählten Bewerbern auf den Uni-Campus, nicht zur Suche nach Nachwuchskräften."
Langeweile – und dann Barbara
An der Uni lernte Jack seine spätere Frau Barbara Louise Annegers kennen. Vielleicht stammt eines der wenigen öffentlich bekannten Fotos von ihr, abgedruckt im Jahrbuch, sogar von ihm, denn während des Studiums arbeitete er als Fotograf für die Unizeitung.
1947 heirateten die beiden, das Paar bekam zwei Töchter. Im gleichen Jahr nahm Kilby ein Angebot von Centralab an, das zur Globe-Union-Gruppe gehörte. Das Unternehmen stellte Batterien unter anderem für Sears und Ölfirmen her. 1958 bekam Kilby ein Jobangebot von Texas Instruments und zog mit seiner Frau nach Dallas.
Der Journalist T.R. (Thomas Roy III) Reid beschreibt Kilby in seinem Buch The Chip(öffnet im neuen Fenster) als sehr kinderlieben Mann, der viel Zeit darauf verwendete, Schulklassen zu besuchen und die neugierigen Fragen der Kinder und Jugendlichen zu beantworten. Kinder seien die Zukunft, und Zeit, die damit verbracht werde, ihnen etwas beizubringen, sei gut investiert, fand er.
In einer von Reid selbst erlebten Anekdote(öffnet im neuen Fenster) wird Kilbys Haltung gegenüber Kindern besonders deutlich: Der Vater des Mikrochips war 1993 nach Japan gereist, um den Kyoto-Preis(öffnet im neuen Fenster) entgegenzunehmen. Der 1985 in enger Zusammenarbeit mit der schwedischen Nobel-Stiftung eingeführte und mit rund 800.000 Dollar dotierte Preis wird in mehreren Kategorien für Lebensleistungen in den Bereichen Kunst und Wissenschaft an Menschen verliehen, die "wesentlich zur wissenschaftlichen, kulturellen und spirituellen Verbesserung der Menschheit beigetragen haben."
Wie es zur Erfindung des Mikrochips kam
Reid lebte damals als Japan-Korrespondent der Washington Post mit seiner Familie in Tokio. Seine achtjährige Tochter Katie sollte für die Schule einen Aufsatz über den berühmten Gast schreiben. Kilby nahm sich viel Zeit, um mit dem Mädchen zu sprechen. Sehr viel Zeit: Als ihm mitgeteilt wurde, dass Fernsehjournalisten bereits auf ihn warteten, sagte er, er stehe für das Interview zur Verfügung, "aber erst, wenn ich mein Gespräch mit Katie beendet habe" .
Das passt zur Beschreibung Jack Kilbys als Familienmensch. Er liebte es, seine Frau und die Töchter mit auf seine zahlreichen Reisen zu nehmen, das sei fast das Beste an den ganzen Auszeichnungen und Ehrungen, die ihm zuteil würden, sagte er einmal. Seiner Tochter Janet zufolge war er wohl ein äußerst angenehmer Mensch. "Ein lebenslanger Optimist" sei er gewesen, der nur "ganz selten ärgerlich war," wird sie in seinem Nachruf in der New York Times zitiert(öffnet im neuen Fenster) .
Ausgerechnet in Stockholm zeigte er sich dann jedoch sehr wohl etwas ungehalten: Eigentlich hatte er sich dort ein Taxi rufen wollen, stellte dann aber fest, dass das Nobelpreiskommitee ihm eine eigene Limousine zur Verfügung gestellt hatte, die er nach Herzenslust benutzen sollte. Kilby brummelte: "Was für eine Verschwendung!"
Der Mikrochip war die Lösung eines konkreten Problems
Doch wie kam es eigentlich zur Erfindung des Mikrochips, dessen Patent er am 6. Februar 1959 einreichte? Im Sommer davor hatte Jack Kilby gerade seinen neuen Job bei Texas Instruments im Semiconductor Development Lab angefangen, kurz darauf verabschiedete sich die Texas-Instruments-Belegschaft fast geschlossen für zwei Wochen in den Sommerurlaub. So konnte Jack Kilby zwei Wochen lang ungestört arbeiten und nachdenken. Der Sommerurlaub galt zwar eigentlich für alle, aber neue Mitarbeiter starteten nicht gleich mit Urlaubsanspruch in den Job. Kilby nutzte die ungestörte Zeit und arbeitete an seiner neuen Idee: dem integrierten Schaltkreis, also dem Mikrochip.
Der Mikrochip ist keine jener Erfindungen, die durch einen Geistesblitz aus dem Nichts entstehen und sich erst dann als durchaus praktisch erweisen. Er war vielmehr die Antwort auf ein drängendes Problem: In den 1950er Jahren konnte man zwar revolutionäre Computer designen und spezifizieren, es gab aber keinen Weg, sie auch zu bauen. Das lag schlicht an der Masse der benötigten Teile und deren Verkabelung.
Das damalige Problem kann man sich auch heute noch gut vor Augen führen: Ein Transistor ist ein Bauteil mit drei Anschlüssen. Ein Logikgatter besteht aus etwa vier miteinander verschalteten Transistoren. Ein paar dieser Gatter (AND, OR, XOR, Inverter) plus Addierer und Multiplexer ergeben eine arithmetisch-logische Einheit (arithmetic logic unit, ALU), die ein einfaches elektronisches Rechenwerk ist. Da werden die Zahlen der Bauteile und der verwendeten Kabelstücke schnell ziemlich groß, schon für die vier Logikgatter.
Computer waren zu Kilbys Zeiten modular aufgebaut. Modular heißt in diesem Fall, dass es diese Module tatsächlich in einer physischen Form gab. Jedes dieser Module war eine Leiterplatte mit Konnektoren an einer Kante und jedes war mit der für eine einzige Aufgabe notwendigen Elektronik ausgestattet. Mehrere dieser Module zusammen ergaben dann einen Addierer.
Die Anzahl der Verbindungen für die Logikgatter war zwar zahlreich, aber eben nur ein relativ kleiner Beitrag zur Problematik mit der Masse. Das Problem mit der schieren Anzahl der Bauteile, der "Tyrannei der Zahlen" beschrieb Jack Morton, damals Vizepräsident bei Bell Labs, im Juni 1958: "Der elektronische Mensch versteht es seit geraumer Zeit, seine visuellen, taktilen und mentalen Fähigkeiten durch die digitale Übermittlung und Verarbeitung von Informationen aller Art 'im Prinzip' stark zu erweitern. All diese Funktionen leiden jedoch unter der so genannten 'Tyrannei der Zahlen'. Solche Systeme erfordern aufgrund ihrer komplexen digitalen Natur Hunderte, Tausende und manchmal Zehntausende von elektronischen Geräten."
Die Kabel loswerden
Die Idee zum Mikrochip kam Kilby, als er sich mit den Verbindungskabeln beschäftigte. Wenn man die Kabel loswerden könnte, indem man nur ein einziges Substrat verwendete, in das man sowohl die Bauteile als auch die von ihnen benötigten Verbindungen schnitzte, könnte man die Zahl der zu verschaltenden Teile potenziell auf ein einziges reduzieren – ein Bauteil, das den auf Papier vorliegenden Schaltplan inklusive der benötigten Transistoren enthielte.
In den folgenden Jahrzehnten und bis heute wurde diese Idee immer weiter verbessert. Fortschritte in der Fotolithografie ermöglichen es, immer kleinere Strukturen in ein Substrat zu ritzen, die Folge ist eine immer höhere Dichte an Transistoren pro Fläche. Der Grafikprozessor AD102 für Nvidias RTX-4080- und -4090-Grafikkarten kommt auf 76,3 Milliarden Transistoren bei einer Dichte von 125,5 Millionen pro Quadratmillimeter. Die Anzahl der hier durch seine Erfindung gesparten Kabel hätte sich Kilby wohl selbst zur Patenteinreichung nie erträumen können.
Mehr als nur eine Fußnote in der Technologiegeschichte
Nachdem Kilbys Frau am 15. November 1981 im Alter von 54 Jahren starb, wurde seine Schwester Jane zur wichtigsten Stütze. Jack Kilbys Töchter waren bereits verheiratet und hatten kleine Kinder, also zog Jane nach Dallas und kümmerte sich um ihren Bruder. "Sie war diejenige, der es immer gelang, seine Autoschlüssel und sein Hörgerät zu finden," schrieb die San Diego Union-Tribune(öffnet im neuen Fenster) .
Zusätzlich hatte Jane Kilby eine eigene Karriere: Nach dem Studium arbeitete sie bei öffentlichen Versorgungsunternehmen – in einigen Nachrufen auf ihren Bruder heißt es zwar immer wieder, dass sie ein bahnbrechendes Buch über Traumaforschung geschrieben habe, aber das war eine andere Jane Kilby, die noch heute an einer schottischen Universität lehrt. Jane starb am 11. November 2004, und nur wenige Monate nach Janes Tod starb auch Jack Kilby, am 20. Juni 2005 nach kurzer Lymphdrüsenkrebserkrankung. Er wurde 81 Jahre alt.
Jack Kilby war ein bescheidener Mensch
Offenbar stiegen weder seine großen Erfolge noch die vielen internationalen Auszeichnungen Jack Kilby jemals zu Kopf. Im Gegenteil: Er sei sein Leben lang bodenständig, unaufdringlich, bescheiden und leise gewesen, sagte seine Tochter Janet. Wenn er auf seine Rolle als Initiator der informationstechnologischen Revolution angesprochen wurde, antwortete er beispielsweise gern mit einer Geschichte. Die ging so: Als ein Biber von einem Hasen gefragt wurde, ob er den Hoover-Damm gebaut habe, antwortete der Biber: Nein, ich habe ihn nicht selbst gebaut, aber er basiert auf einer Idee von mir.
Ähnlich zurückhaltend reagierte er auch auf Glückwünsche von Verwandten und Freunden anlässlich der Verleihung des Nobelpreises. Tochter Janet erinnerte sich später, dass er auf die Frage, was er denn als erstes gemacht habe, als er vom Nobelpreis erfahren habe, kurz und knapp mit "eine Tasse Kaffee" geantwortet habe.
Nobelpreise seien eigentlich für Wissenschaftler, deren Haupttriebfeder reines Wissen sei, sagte er, er aber er sei ein Ingenieur, und die Motivation von Ingenieuren bestehe darin, Probleme zu lösen und Dinge zum Laufen zu bringen. "Für Leute wie mich besteht der Preis in einer erfolgreichen Lösung."
Dazu passte gut, wie er mit seinen fünf Minuten amerikaweitem Ruhm umging, die darin bestanden, dass er nach der Nobelpreis-Verleihung in den CBS Morning News interviewt wurde. Als Moderatorin Diana Sawyer enthusiastisch erklärte, dass Kilby dafür gesorgt habe, die USA an der Technologie-Spitze zu halten, antwortete er lakonisch: "Nun, in solchen Begriffen habe ich nie darüber gedacht." Als er dann noch die Frage, ob er denn Geld mit seiner Erfindung verdient habe, mit "Ein bisschen, ja" beantwortete, wurde zur Werbung geschaltet.
In einem Punkt aber irrte sich der Nobelpreisträger: Als ihn jemand fragte, ob sein Name in die Technologie-Geschichte eingehen werde, antwortete er: "Wohl nur als Fußnote." Stattdessen gibt es eine Statue von ihm auf der Texas Instruments Plaza, die Teil des Campus der University of Texas in Dallas ist.
Eine weitere gibt es in Great Bend, wo er aufgewachsen ist. Und seine Notizen und seine persönliche Sammlung von Fotografien ist in den Archiven der Souther Methodist University (SMU) aufbewahrt.
Update:
Der Artikel wurde auf seine Aktualität überprüft.