مقالات أخرى في السلسلة:
- تاريخ التتابع
- تاريخ أجهزة الكمبيوتر الإلكترونية
- تاريخ الترانزستور
- تاريخ الإنترنت
لأكثر من مائة عام، كان الكلب التناظري يهز ذيله الرقمي. إن المحاولات الرامية إلى توسيع قدرات حواسنا - الرؤية، والسمع، وحتى اللمس، دفعت المهندسين والعلماء إلى البحث عن مكونات أفضل لأجهزة التلغراف والهواتف وأجهزة الراديو والرادارات. وكان من خلال الحظ المطلق أن اكتشف هذا البحث الطريق لإنشاء أنواع جديدة من الآلات الرقمية. وقررت أن أحكي قصة هذا الثابت ، حيث قام مهندسو الاتصالات بتوفير المواد الخام لأجهزة الكمبيوتر الرقمية الأولى، وفي بعض الأحيان قاموا بتصميم وبناء تلك أجهزة الكمبيوتر بأنفسهم.
ولكن بحلول الستينيات، انتهى هذا التعاون المثمر، وانتهت معه قصتي. ولم يعد مصنعو المعدات الرقمية مضطرين إلى التطلع إلى عوالم التلغراف والهاتف والراديو للحصول على مفاتيح جديدة ومحسنة، حيث أن الترانزستور نفسه قدم مصدرًا لا ينضب من التحسينات. سنة بعد سنة، كانوا يحفرون بشكل أعمق وأعمق، ويجدون دائمًا طرقًا لزيادة السرعة بشكل كبير وخفض التكلفة.
إلا أن شيئاً من هذا لم يكن ليحدث لو توقف اختراع الترانزستور عند هذا الحد .
بداية بطيئة
كان هناك القليل من الحماس في الصحافة الشعبية لإعلان شركة Bell Labs عن اختراع الترانزستور. في الأول من يوليو عام 1، خصصت صحيفة نيويورك تايمز ثلاث فقرات للحدث في أسفل تقريرها الإذاعي الإخباري. علاوة على ذلك، ظهرت هذه الأخبار بعد أخبار أخرى، من الواضح أنها تعتبر أكثر أهمية: على سبيل المثال، البرنامج الإذاعي "Waltz Time" الذي مدته ساعة، والذي كان من المفترض أن يظهر على قناة NBC. بعد فوات الأوان، قد نرغب في الضحك، أو حتى توبيخ المؤلفين المجهولين - كيف فشلوا في التعرف على الحدث الذي قلب العالم رأسًا على عقب؟
لكن الإدراك المتأخر يشوه الإدراك، ويضخم الإشارات التي نعرف أهميتها ضاعت في بحر من الضجيج في ذلك الوقت. كان ترانزستور عام 1948 مختلفًا تمامًا عن ترانزستورات أجهزة الكمبيوتر التي تقرأ عليها هذه المقالة (إلا إذا قررت طباعتها). لقد اختلفوا كثيرًا لدرجة أنه على الرغم من الاسم نفسه وخط الميراث المتواصل الذي يربطهم، إلا أنه ينبغي اعتبارهم أنواعًا مختلفة، إن لم يكن أجناسًا مختلفة. لديهم تركيبات مختلفة، وهياكل مختلفة، ومبادئ تشغيل مختلفة، ناهيك عن الفرق الكبير في الحجم. ولم يكن من الممكن إلا من خلال التجديد المستمر للجهاز الخرقاء الذي صممه باردين وبراتين أن يغير العالم وحياتنا.
في الواقع، لم يكن ترانزستور الجرمانيوم أحادي النقطة يستحق المزيد من الاهتمام الذي حظي به. كان به عدة عيوب موروثة من الأنبوب المفرغ. لقد كان بالطبع أصغر بكثير من المصابيح الأكثر إحكاما. إن عدم وجود خيوط ساخنة يعني أنها تنتج حرارة أقل، وتستهلك طاقة أقل، ولا تحترق، ولا تتطلب التسخين قبل الاستخدام.
ومع ذلك، فإن تراكم الأوساخ على سطح التلامس أدى إلى حدوث أعطال وأبطل إمكانية إطالة عمر الخدمة؛ أعطت إشارة أكثر ضجيجا. تعمل فقط عند قوى منخفضة وفي نطاق ترددي ضيق؛ فشل في وجود الحرارة أو البرودة أو الرطوبة. ولا يمكن إنتاجه بشكل موحد. العديد من الترانزستورات التي تم إنشاؤها بنفس الطريقة من قبل نفس الأشخاص سيكون لها خصائص كهربائية مختلفة تمامًا. وكل هذا جاء بتكلفة ثمانية أضعاف تكلفة المصباح العادي.
لم يكن الأمر كذلك حتى عام 1952 عندما قامت شركة Bell Labs (وغيرها من حاملي براءات الاختراع) بحل مشاكل التصنيع بما يكفي لكي تصبح الترانزستورات أحادية النقطة أجهزة عملية، وحتى ذلك الحين لم تنتشر كثيرًا خارج سوق أدوات السمع، حيث كانت حساسية السعر منخفضة نسبيًا والفوائد من حيث عمر البطارية تفوق العيوب.
ومع ذلك، فقد بدأت المحاولات الأولى لتحويل الترانزستور إلى شيء أفضل وأكثر فائدة. لقد بدأوا في الواقع في وقت أبكر بكثير من اللحظة التي علم فيها الجمهور بوجودها.
طموحات شوكلي
في نهاية عام 1947، قام بيل شوكلي برحلة إلى شيكاغو بإثارة كبيرة. كانت لديه أفكار غامضة حول كيفية التغلب على الترانزستور الذي اخترعه باردين وبراتين مؤخرًا، لكن لم تتح له الفرصة لتطويرها بعد. لذا، بدلاً من الاستمتاع بفترة راحة بين مراحل العمل، أمضى عيد الميلاد ورأس السنة في الفندق، حيث ملأ حوالي 20 صفحة من دفتر الملاحظات بأفكاره. وكان من بينها اقتراح لترانزستور جديد يتكون من شطيرة شبه موصلة - شريحة من الجرمانيوم من النوع p بين قطعتين من النوع n.
بتشجيع من هذا الآس الذي في جعبته، طالب شوكلي باردين وبراتين بعودتهما إلى موراي هيل، مدعيًا كل الفضل في اختراع الترانزستور. ألم تكن فكرته عن التأثير الميداني هي التي دفعت باردين وبراتين إلى المختبر؟ ألا ينبغي أن يجعل هذا من الضروري نقل جميع حقوق براءة الاختراع إليه؟ ومع ذلك، جاءت خدعة شوكلي بنتائج عكسية: اكتشف محامو براءات الاختراع في مختبرات بيل أن المخترع المجهول، ، حصل على براءة اختراع لمضخم تأثير مجال أشباه الموصلات قبل 20 عامًا تقريبًا، في عام 1930. بالطبع، لم ينفذ ليلينفيلد فكرته أبدًا، نظرًا لحالة المواد في ذلك الوقت، لكن خطر التداخل كان كبيرًا جدًا - كان من الأفضل تجنب ذكره تمامًا التأثير الميداني في براءة الاختراع
لذلك، على الرغم من أن مختبرات بيل منحت شوكلي حصة سخية من رصيد المخترع، إلا أنها لم تذكر سوى باردين وبراتين في براءة الاختراع. ومع ذلك، فإن ما حدث لا يمكن التراجع عنه: فقد دمرت طموحات شوكلي علاقته مع اثنين من مرؤوسيه. توقف باردين عن العمل على الترانزستور وركز على الموصلية الفائقة. غادر المعامل في عام 1951. بقي براتين هناك، لكنه رفض العمل مع شوكلي مرة أخرى، وأصر على نقله إلى مجموعة أخرى.
نظرًا لعدم قدرته على العمل مع الآخرين، لم يحرز شوكلي أي تقدم في المختبرات، لذلك غادر هناك أيضًا. في عام 1956، عاد إلى منزله في بالو ألتو ليبدأ شركة الترانزستور الخاصة به، Shockley Semiconductor. قبل مغادرته، انفصل عن زوجته جين أثناء تعافيها من سرطان الرحم، وانخرط في علاقة مع إيمي لانينج، التي تزوجها قريبًا. ولكن من بين نصفي حلمه في كاليفورنيا - شركة جديدة وزوجة جديدة - تحقق نصف واحد فقط. في عام 1957، تركه أفضل مهندسيه، الذين أغضبهم أسلوب إدارته والاتجاه الذي كان يسير فيه بالشركة، ليؤسسوا شركة جديدة، هي شركة فيرتشايلد لأشباه الموصلات.
شوكلي في عام 1956
لذلك تخلى شوكلي عن الهيكل الفارغ لشركته وحصل على وظيفة في قسم الهندسة الكهربائية في جامعة ستانفورد. هناك واصل تنفير زملائه (وصديقه الأكبر، الفيزيائي ) نظريات الانحطاط العنصري التي أثارت اهتمامه و – موضوعات لم تحظى بشعبية في الولايات المتحدة منذ نهاية الحرب الأخيرة، وخاصة في الأوساط الأكاديمية. لقد كان يستمتع بإثارة الجدل وإثارة وسائل الإعلام والتسبب في الاحتجاجات. توفي عام 1989، بعيدًا عن أبنائه وزملائه، ولم تزوره إلا زوجته الثانية المخلصة، إيمي.
وعلى الرغم من فشل محاولاته الضعيفة في ريادة الأعمال، إلا أن شوكلي قد زرع بذرة في تربة مثمرة. أنتجت منطقة خليج سان فرانسيسكو العديد من شركات الإلكترونيات الصغيرة، والتي تم غمرها بتمويل من الحكومة الفيدرالية خلال الحرب. أنتجت شركة فيرتشايلد لأشباه الموصلات، وهي نتاج الصدفة لشوكلي، العشرات من الشركات الجديدة، والتي لا يزال اثنتان منها معروفتين حتى اليوم: شركة Intel وشركة Advanced Micro Devices (AMD). وبحلول أوائل السبعينيات، اكتسبت المنطقة اللقب الساخر "وادي السيليكون". لكن انتظر لحظة، ابتكر باردين وبراتين ترانزستور الجرمانيوم. من أين أتى السيليكون؟
هذا ما بدا عليه موقع Mountain View المهجور الذي كان يضم سابقًا شركة Shockley Semiconductor في عام 2009. اليوم تم هدم المبنى.
نحو مفترق طرق السيليكون
كان مصير نوع جديد من الترانزستور، اخترعه شوكلي في أحد فنادق شيكاغو، أكثر سعادة من مصير مخترعه. كل ذلك بفضل رغبة رجل واحد في تنمية بلورات مفردة ونقية من أشباه الموصلات. حصل جوردون تيل، عالم الكيمياء الفيزيائية من تكساس، الذي درس الجرمانيوم عديم الفائدة في ذلك الوقت للحصول على درجة الدكتوراه، على وظيفة في مختبرات بيل في الثلاثينيات. بعد أن تعلم عن الترانزستور، أصبح مقتنعًا بأنه يمكن تحسين موثوقيته وقوته بشكل كبير من خلال تصنيعه من بلورة واحدة نقية، بدلاً من الخلائط متعددة البلورات المستخدمة آنذاك. رفض شوكلي جهوده ووصفها بأنها مضيعة للموارد.
ومع ذلك، استمر تيل وحقق النجاح، بمساعدة المهندس الميكانيكي جون ليتل، حيث ابتكر جهازًا يستخرج بذرة بلورية صغيرة من الجرمانيوم المنصهر. ومع تبريد الجرمانيوم حول النواة، قام بتوسيع بنيته البلورية، مما أدى إلى إنشاء شبكة شبه موصلة متواصلة ونقية تقريبًا. بحلول ربيع عام 1949، تمكن تيل وليتل من تصنيع بلورات حسب الطلب، وأظهرت الاختبارات أنهما كانا متخلفين كثيرًا عن منافسيهما متعدد البلورات. على وجه الخصوص، يمكن للناقلات الصغيرة المضافة إليها البقاء في الداخل لمدة مائة ميكروثانية أو حتى لفترة أطول (مقابل ما لا يزيد عن عشرة ميكروثانية في العينات البلورية الأخرى).
أصبح بإمكان تيل الآن توفير المزيد من الموارد، وقام بتجنيد المزيد من الأشخاص في فريقه، وكان من بينهم كيميائي فيزيائي آخر جاء إلى Bell Labs من تكساس - مورجان سباركس. بدأوا في تعديل المصهور لصنع الجرمانيوم من النوع p أو n من خلال إضافة خرزات من الشوائب المناسبة. وفي غضون عام، قاموا بتحسين التكنولوجيا إلى حد أنهم تمكنوا من زراعة شطيرة الجرمانيوم npn مباشرة في المصهور. وقد نجح الأمر تمامًا كما تنبأ شوكلي: قامت إشارة كهربائية من مادة من النوع p بتعديل التيار الكهربائي بين موصلين متصلين بالقطع من النوع n المحيطة بها.
مورجان سباركس وجوردون تيل في طاولة العمل في مختبرات بيل
يتفوق ترانزستور الوصلة المتطور هذا على سلفه ذو نقطة الاتصال الواحدة في كل شيء تقريبًا. على وجه الخصوص، كان أكثر موثوقية ويمكن التنبؤ به، وأنتج ضوضاء أقل بكثير (وبالتالي كان أكثر حساسية)، وكان فعالًا للغاية في استخدام الطاقة - حيث يستهلك طاقة أقل بمليون مرة من الأنبوب المفرغ النموذجي. وفي يوليو 1951، عقدت مختبرات بيل مؤتمرًا صحفيًا آخر للإعلان عن الاختراع الجديد. وحتى قبل أن يتمكن الترانزستور الأول من الوصول إلى السوق، فقد أصبح بالفعل غير ذي صلة بالموضوع.
ومع ذلك، كانت هذه مجرد البداية. في عام 1952، أعلنت شركة جنرال إلكتريك (GE) عن تطوير عملية جديدة لصنع ترانزستورات الوصلات، وهي طريقة الاندماج. في إطارها، تم دمج كرتين من الإنديوم (المتبرع من النوع p) على جانبي شريحة رقيقة من الجرمانيوم من النوع n. كانت هذه العملية أبسط وأقل تكلفة من زراعة الوصلات في سبيكة؛ مثل هذا الترانزستور يعطي مقاومة أقل ويدعم ترددات أعلى.
الترانزستورات المزروعة والمدمجة
في العام التالي، قرر جوردون تيل العودة إلى ولايته الأصلية وتولى وظيفة في شركة Texas Instruments (TI) في دالاس. تأسست الشركة باسم Geophysical Services, Inc.، وأنتجت في البداية معدات للتنقيب عن النفط، وقد افتتحت شركة TI قسمًا للإلكترونيات أثناء الحرب، وكانت تدخل الآن سوق الترانزستور بموجب ترخيص من Western Electric (قسم التصنيع في Bell Labs).
جلب تيل معه مهارات جديدة تعلمها في المختبرات: القدرة على النمو والنمو بلورات أحادية السيليكون. وكان الضعف الأكثر وضوحا للجرمانيوم هو حساسيته لدرجة الحرارة. عند تعرضها للحرارة، تتخلص ذرات الجرمانيوم الموجودة في البلورة من الإلكترونات الحرة بسرعة، وتتحول بشكل متزايد إلى موصل. عند درجة حرارة 77 درجة مئوية، توقف عن العمل تمامًا مثل الترانزستور. كان الهدف الرئيسي لمبيعات الترانزستورات هو الجيش - وهو مستهلك محتمل يتمتع بحساسية منخفضة للسعر وحاجة كبيرة إلى مكونات إلكترونية مستقرة وموثوقة وصغيرة الحجم. ومع ذلك، فإن الجرمانيوم الحساس لدرجة الحرارة لن يكون مفيدًا في العديد من التطبيقات العسكرية، وخاصة في مجال الفضاء الجوي.
كان السيليكون أكثر استقرارًا، لكنه جاء على حساب نقطة انصهار أعلى بكثير، مقارنة بنقطة انصهار الفولاذ. وقد تسبب هذا في صعوبات هائلة، نظرًا للحاجة إلى بلورات نقية جدًا لإنشاء ترانزستورات عالية الجودة. سوف يمتص السيليكون المنصهر الساخن الملوثات من أي بوتقة موجودة فيها. تمكن تيل وفريقه في TI من التغلب على هذه التحديات باستخدام عينات السيليكون فائقة النقاء من شركة DuPont. في مايو 1954، في مؤتمر معهد الهندسة الراديوية في دايتون، أوهايو، أثبت تيل أن أجهزة السيليكون الجديدة المنتجة في مختبره استمرت في العمل حتى عندما تكون مغمورة في الزيت الساخن.
المبتدئين الناجحين
وأخيرا، بعد حوالي سبع سنوات من اختراع الترانزستور لأول مرة، أصبح من الممكن تصنيعه من المادة التي أصبح مرادفا لها. وسوف يمر نفس الوقت تقريبًا قبل ظهور الترانزستورات التي تشبه تقريبًا الشكل المستخدم في معالجاتنا الدقيقة ورقائق الذاكرة.
في عام 1955، نجح علماء مختبرات بيل في تعلم كيفية صنع ترانزستورات السيليكون باستخدام تقنية المنشطات الجديدة - فبدلاً من إضافة كرات صلبة من الشوائب إلى السائل المنصهر، قاموا بإدخال إضافات غازية إلى السطح الصلب لأشباه الموصلات (). ومن خلال التحكم الدقيق في درجة الحرارة والضغط ومدة الإجراء، حققوا بالضبط العمق المطلوب ودرجة المنشطات. لقد أعطى التحكم الأكبر في عملية التصنيع تحكمًا أكبر في الخواص الكهربائية للمنتج النهائي. والأهم من ذلك، أن الانتشار الحراري جعل من الممكن إنتاج المنتج على دفعات، حيث يمكنك تطعيم لوح كبير من السيليكون ثم تقطيعه إلى ترانزستورات. قدم الجيش التمويل لمختبرات بيل لأن إعداد الإنتاج يتطلب تكاليف أولية عالية. لقد كانوا بحاجة إلى منتج جديد لرابط رادار للإنذار المبكر عالي التردد ("")، وهي سلسلة من محطات الرادار في القطب الشمالي مصممة لاكتشاف القاذفات السوفيتية التي تحلق من القطب الشمالي، وكانت على استعداد لدفع 100 دولار لكل ترانزستور (كانت هذه الأيام التي يمكن فيها شراء سيارة جديدة مقابل 2000 دولار).
صناعة السبائك مع ، التي تتحكم في موقع الشوائب، فتحت إمكانية حفر الدائرة بأكملها بالكامل على ركيزة واحدة من أشباه الموصلات - وقد فكرت في ذلك شركة فيرتشايلد لأشباه الموصلات وتكساس إنسترومنتس في وقت واحد في عام 1959." من فيرتشايلد استخدم الترسيب الكيميائي للأغشية المعدنية التي تربط نقاط الاتصال الكهربائية للترانزستور. لقد ألغى الحاجة إلى إنشاء أسلاك يدوية، وخفض تكاليف الإنتاج وزيادة الموثوقية.
أخيرًا، في عام 1960، قام اثنان من مهندسي مختبرات بيل (جون أتالا ودافون كان) بتنفيذ مفهوم شوكلي الأصلي لترانزستور التأثير الميداني. كانت طبقة رقيقة من الأكسيد على سطح أشباه الموصلات قادرة على قمع الحالات السطحية بشكل فعال، مما تسبب في اختراق المجال الكهربائي من بوابة الألومنيوم إلى السيليكون. وهكذا ولد MOSFET [ترانزستور تأثير المجال لأشباه الموصلات من أكسيد المعدن] (أو بنية MOS، من أشباه الموصلات من أكسيد المعدن)، والذي تبين أنه من السهل جدًا تصغيره، والذي لا يزال يستخدم في جميع أجهزة الكمبيوتر الحديثة تقريبًا (ومن المثير للاهتمام (كان عطا الله من مصر، وكانغ من كوريا الجنوبية، وعمليًا فقط هذين المهندسين من تاريخنا بأكمله ليس لهما جذور أوروبية).
وأخيرا، بعد ثلاثة عشر عاما من اختراع الترانزستور الأول، ظهر شيء يشبه الترانزستور في جهاز الكمبيوتر الخاص بك. كان تصنيعه أسهل واستخدام طاقة أقل من ترانزستور الوصلة، ولكنه كان بطيئًا جدًا في الاستجابة للإشارات. فقط مع انتشار الدوائر المتكاملة واسعة النطاق، مع مئات أو آلاف المكونات الموجودة على شريحة واحدة، ظهرت مزايا ترانزستورات التأثير الميداني إلى الواجهة.
رسم توضيحي من براءة اختراع ترانزستور التأثير الميداني
كان التأثير الميداني آخر مساهمة كبيرة قدمتها شركة Bell Labs في تطوير الترانزستور. لقد جمعت شركات تصنيع الإلكترونيات الكبرى، مثل مختبرات بيل (مع ويسترن إلكتريك)، وجنرال إلكتريك، وسيلفانيا، وويستنجهاوس، قدرًا هائلاً من أبحاث أشباه الموصلات. ومن عام 1952 إلى عام 1965، سجلت مختبرات بيل وحدها أكثر من مائتي براءة اختراع حول هذا الموضوع. ومع ذلك، سرعان ما سقطت السوق التجارية في أيدي لاعبين جدد مثل شركة تكساس إنسترومنتس، وترانسيترون، وفيرتشايلد.
كانت سوق الترانزستورات في وقت مبكر أصغر من أن تجتذب انتباه اللاعبين الرئيسيين: نحو 18 مليون دولار سنوياً في منتصف خمسينيات القرن العشرين، مقارنة بإجمالي سوق إلكترونيات يبلغ 1950 مليار دولار. ومع ذلك، كانت مختبرات الأبحاث لدى هذه الشركات العملاقة بمثابة معسكرات تدريب غير مقصودة. حيث يمكن للعلماء الشباب استيعاب المعرفة المتعلقة بأشباه الموصلات قبل الانتقال إلى بيع خدماتهم للشركات الصغيرة. عندما بدأ سوق الإلكترونيات الأنبوبية في الانكماش بشكل خطير في منتصف الستينيات، كان الوقت قد فات بالنسبة لشركة Bell Labs وWestinghouse والبقية للتنافس مع الشركات الناشئة.
انتقال أجهزة الكمبيوتر إلى الترانزستورات
في الخمسينيات، غزت الترانزستورات عالم الإلكترونيات في أربعة مجالات رئيسية. الأولان كانا عبارة عن أدوات مساعدة للسمع وأجهزة راديو محمولة، حيث أدى انخفاض استهلاك الطاقة وما ينتج عنه من عمر بطارية طويل إلى تجاوز الاعتبارات الأخرى. والثالث هو الاستخدام العسكري. كان للجيش الأمريكي آمال كبيرة على الترانزستورات كمكونات موثوقة ومدمجة يمكن استخدامها في كل شيء بدءًا من أجهزة الراديو الميدانية وحتى الصواريخ الباليستية. ومع ذلك، في الأيام الأولى، بدا إنفاقهم على الترانزستورات بمثابة رهان على مستقبل التكنولوجيا أكثر من كونه تأكيدًا لقيمتها في ذلك الوقت. وأخيرا، كانت هناك أيضا الحوسبة الرقمية.
في مجال الكمبيوتر، كانت عيوب مفاتيح الأنابيب المفرغة معروفة جيدًا، حتى أن بعض المتشككين قبل الحرب كانوا يعتقدون أن الكمبيوتر الإلكتروني لا يمكن تحويله إلى جهاز عملي. عندما يتم جمع آلاف المصابيح في جهاز واحد، فإنها تستهلك الكهرباء، وتنتج كميات هائلة من الحرارة، ومن حيث الموثوقية، لا يمكن الاعتماد إلا على احتراقها المنتظم. لذلك، أصبح الترانزستور منخفض الطاقة والبارد وغير الملولب هو المنقذ لمصنعي أجهزة الكمبيوتر. لم تكن عيوبه كمكبر صوت (خرج أكثر ضوضاءً، على سبيل المثال) تمثل مشكلة عند استخدامه كمحول. وكانت التكلفة هي العائق الوحيد، وفي الوقت المناسب سوف تبدأ التكلفة في الانخفاض بشكل حاد.
جميع التجارب الأمريكية المبكرة لأجهزة الكمبيوتر ذات الترانزستور حدثت عند تقاطع رغبة الجيش في استكشاف إمكانات التكنولوجيا الجديدة الواعدة ورغبة المهندسين في الانتقال إلى مفاتيح محسنة.
قامت شركة Bell Labs ببناء TRADIC للقوات الجوية الأمريكية في عام 1954 لمعرفة ما إذا كانت الترانزستورات ستمكن من تثبيت جهاز كمبيوتر رقمي على متن قاذفة قنابل، ليحل محل الملاحة التناظرية ويساعد في العثور على الأهداف. قام مختبر لينكولن بمعهد ماساتشوستس للتكنولوجيا (MIT) بتطوير جهاز الكمبيوتر TX-0 كجزء من مشروع دفاع جوي واسع النطاق في عام 1956. واستخدم الجهاز نوعًا آخر من ترانزستور الحاجز السطحي، وهو مناسب تمامًا للحوسبة عالية السرعة. قامت شركة Philco ببناء حاسوبها SOLO بموجب عقد مع البحرية (ولكن في الواقع بناءً على طلب وكالة الأمن القومي)، وتم الانتهاء منه في عام 1958 (باستخدام نوع آخر من ترانزستور الحاجز السطحي).
وفي أوروبا الغربية، التي كانت أقل موارداً خلال الحرب الباردة، كانت القصة مختلفة تماماً. آلات مثل كمبيوتر مانشستر الترانزستور، (اسم آخر مستوحى من مشروع ENIAC، ومكتوب بشكل عكسي)، والنمساوي كانت عبارة عن مشاريع جانبية تستخدم الموارد التي يمكن لمبدعيها جمعها معًا، بما في ذلك الجيل الأول من الترانزستورات أحادية النقطة.
هناك جدل كبير حول عنوان أول حاسوب يستخدم الترانزستورات. الأمر كله يعود بالطبع إلى اختيار التعريفات الصحيحة لكلمات مثل "الأول" و"الترانزستور" و"الكمبيوتر". على أية حال، نحن نعرف أين تنتهي القصة. بدأ تسويق أجهزة الكمبيوتر الترانزستورية على الفور تقريبًا. سنة بعد سنة، أصبحت أجهزة الكمبيوتر بنفس السعر أكثر وأكثر قوة، وأصبحت أجهزة الكمبيوتر بنفس القوة أرخص، وبدت هذه العملية لا هوادة فيها لدرجة أنها ارتقت إلى مرتبة القانون، بجانب الجاذبية والحفاظ على الطاقة. هل نحن بحاجة إلى الجدال حول أي الحصاة كانت أول من انهارت؟
من أين أتى قانون مور؟
ومع اقترابنا من نهاية قصة التبديل، يجدر بنا أن نتساءل: ما سبب حدوث هذا الانهيار؟ لماذا يوجد قانون مور (أو يوجد - سنناقشه مرة أخرى)؟ لا يوجد قانون مور للطائرات أو المكانس الكهربائية، تماما كما لا يوجد قانون للأنابيب المفرغة أو المرحلات.
الجواب له قسمان:
- الخصائص المنطقية للمفتاح كفئة قطعة أثرية.
- القدرة على استخدام العمليات الكيميائية البحتة لصنع الترانزستورات.
أولا، حول جوهر التبديل. يجب أن تلبي خصائص معظم المصنوعات اليدوية نطاقًا واسعًا من القيود المادية التي لا ترحم. يجب أن تتحمل طائرة الركاب الوزن الإجمالي لعدد كبير من الأشخاص. يجب أن تكون المكنسة الكهربائية قادرة على امتصاص كمية معينة من الأوساخ في وقت معين من منطقة مادية معينة. ستكون الطائرات والمكانس الكهربائية عديمة الفائدة إذا تم تخفيضها إلى مقياس النانو.
المفتاح، وهو مفتاح تلقائي لم تمسه يد بشرية من قبل، له قيود مادية أقل بكثير. يجب أن تحتوي على حالتين مختلفتين، ويجب أن تكون قادرة على الاتصال بمحولات أخرى مماثلة عندما تتغير حالتها. أي أن كل ما ينبغي أن يكون قادرًا على فعله هو التشغيل وإيقاف التشغيل. ما الذي يميز الترانزستورات؟ لماذا لم تشهد الأنواع الأخرى من المحولات الرقمية مثل هذه التحسينات الهائلة؟
وهنا نأتي إلى الحقيقة الثانية. يمكن تصنيع الترانزستورات باستخدام العمليات الكيميائية دون تدخل ميكانيكي. منذ البداية، كان العنصر الأساسي في إنتاج الترانزستور هو استخدام الشوائب الكيميائية. ثم جاءت العملية المستوية، التي ألغت الخطوة الميكانيكية الأخيرة من الإنتاج، وهي توصيل الأسلاك. ونتيجة لذلك، تخلص من آخر القيود المادية على التصغير. لم تعد هناك حاجة إلى أن تكون الترانزستورات كبيرة بما يكفي لأصابع الإنسان، أو أي جهاز ميكانيكي. تم كل ذلك بواسطة كيمياء بسيطة، على نطاق صغير لا يمكن تصوره: الحمض للحفر، والضوء للتحكم في أجزاء السطح التي ستقاوم النقش، والبخار لإدخال الشوائب والأغشية المعدنية في المسارات المحفورة.
لماذا التصغير ضروري على الإطلاق؟ أدى تقليل الحجم إلى ظهور مجموعة كاملة من الآثار الجانبية الممتعة: زيادة سرعة التبديل، وتقليل استهلاك الطاقة وتكلفة النسخ الفردية. وقد دفعت هذه الحوافز القوية الجميع إلى البحث عن طرق لتقليل التبديل بشكل أكبر. وقد انتقلت صناعة أشباه الموصلات من صنع مفاتيح بحجم ظفر الإصبع إلى تعبئة عشرات الملايين من المفاتيح في كل مليمتر مربع في حياة رجل واحد. من طلب ثمانية دولارات مقابل تبديل واحد إلى تقديم عشرين مليون تحويل مقابل دولار واحد.
شريحة ذاكرة Intel 1103 من عام 1971. الترانزستورات الفردية، التي يبلغ حجمها عشرات الميكرومترات فقط، لم تعد مرئية للعين. ومنذ ذلك الحين انخفض عددهم ألف مرة أخرى.
ماذا تقرأ:
- إرنست بروان وستيوارت ماكدونالد، الثورة في المنمنمات (1978)
- مايكل ريوردان وليليان هوديسون، كريستال فاير (1997)
- جويل شوركين، العبقرية المكسورة (1997)
المصدر: www.habr.com