Muut artikkelit sarjassa:
- Releen historia
- Elektronisten tietokoneiden historia
- Transistorin historia
- Internetin historia
Yli sadan vuoden ajan analoginen koira on heiluttanut digitaalista häntäänsä. Yrittää laajentaa aistiemme – näkö-, kuulo- ja jopa tietyssä mielessä kosketuskykyjämme – insinöörit ja tiedemiehet etsivät parempia komponentteja lennättimille, puhelimille, radioille ja tutkaille. Vain tuurilla tämä haku löysi tien uudentyyppisten digitaalisten koneiden luomiseen. Ja päätin kertoa tarinan tästä vakiosta , jonka aikana tietoliikenneinsinöörit toimittivat raaka-aineet ensimmäisiin digitaalisiin tietokoneisiin ja joskus jopa suunnittelivat ja rakensivat ne itse.
Mutta 1960-luvulla tämä hedelmällinen yhteistyö päättyi ja sen myötä tarinani. Digitaalisten laitteiden valmistajien ei enää tarvinnut etsiä lennätin-, puhelin- ja radiomaailmasta uusia, parannettuja kytkimiä, koska itse transistori tarjosi ehtymättömän parannuslähteen. Vuosi toisensa jälkeen he kaivasivat syvemmälle ja syvemmälle ja löysivät aina tapoja lisätä nopeutta eksponentiaalisesti ja vähentää kustannuksia.
Mitään tästä ei kuitenkaan olisi tapahtunut, jos transistorin keksintö olisi pysähtynyt .
Hidas käynnistys
Suositussa lehdistössä ei ollut juurikaan innostusta Bell Labsin ilmoituksesta transistorin keksimisestä. 1. heinäkuuta 1948 The New York Times omisti tapahtumalle kolme kappaletta Radio News -raporttinsa lopussa. Lisäksi tämä uutinen ilmestyi muiden, ilmeisesti tärkeämpinä pidettyjen uutisten jälkeen: esimerkiksi tunnin mittainen radio-ohjelma "Waltz Time", jonka piti ilmestyä NBC:lle. Jälkikäteen ajatellen saatamme haluta nauraa tai jopa moittia tuntemattomia kirjoittajia – kuinka he eivät tunnistaneet tapahtumaa, joka käänsi maailman ylösalaisin?
Mutta jälkitarkastelu vääristää havaintoa ja vahvistaa signaaleja, joiden merkityksen tiedämme, että ne katosivat tuolloin melumereen. Vuoden 1948 transistori oli hyvin erilainen kuin niiden tietokoneiden transistorit, joilla luet tätä artikkelia (ellet päättänyt tulostaa sitä). Ne erosivat toisistaan niin paljon, että samasta nimestä ja niitä yhdistävästä katkeamattomasta perinnöstä huolimatta niitä tulisi pitää eri lajeina, ellei eri suvuina. Niillä on erilaiset koostumukset, erilaiset rakenteet, erilaiset toimintaperiaatteet, puhumattakaan valtavasta kokoerosta. Bardeenin ja Brattainin rakentama kömpelö laite saattoi muuttaa maailman ja elämämme vain jatkuvan uudelleenkeksimisen kautta.
Itse asiassa yksipisteinen germaniumtransistori ei ansainnut enemmän huomiota kuin se sai. Siinä oli useita tyhjiöputkesta perittyjä vikoja. Se oli tietysti paljon pienempi kuin pienikokoisimmat lamput. Kuuman filamentin puuttuminen tarkoitti, että se tuotti vähemmän lämpöä, kulutti vähemmän energiaa, ei palanut eikä vaatinut lämmittelyä ennen käyttöä.
Lian kerääntyminen kosketuspinnalle johti kuitenkin häiriöihin ja mitätöi mahdollisuuden pidemmän käyttöiän; se antoi meluisemman signaalin; toimi vain pienillä tehoilla ja kapealla taajuusalueella; epäonnistunut lämmön, kylmän tai kosteuden läsnä ollessa; eikä sitä voitu tuottaa yhtenäisesti. Useilla samojen ihmisten samalla tavalla luomilla transistoreilla olisi hurjasti erilaiset sähköiset ominaisuudet. Ja kaikki tämä maksoi kahdeksan kertaa tavallisen lampun.
Vasta vuonna 1952 Bell Labs (ja muut patentinhaltijat) olivat ratkaisseet valmistusongelmat tarpeeksi, jotta yksipistetransistoreista tuli käytännöllisiä laitteita, ja silloinkaan ne eivät levinneet paljoakaan kuulolaitemarkkinoiden ulkopuolelle, joilla hintaherkkyys oli suhteellisen alhainen. ja akun keston edut olivat haitat suuremmat.
Ensimmäiset yritykset olivat kuitenkin jo alkaneet muuttaa transistorin parempaan ja hyödyllisempään. Ne alkoivat itse asiassa paljon aikaisemmin kuin silloin, kun yleisö sai tietää sen olemassaolosta.
Shockleyn tavoitteet
Vuoden 1947 lopulla Bill Shockley lähti Chicagoon innostuneena. Hänellä oli epämääräisiä ideoita Bardeenin ja Brattainin äskettäin keksityn transistorin päihittämisestä, mutta hänellä ei ollut vielä mahdollisuutta kehittää niitä. Sen sijaan, että olisi nauttinut tauosta työvaiheiden välillä, hän vietti joulun ja uudenvuoden hotellissa ja täytti noin 20 sivua muistikirjaa ideoillaan. Heidän joukossaan oli ehdotus uudeksi transistoriksi, joka koostuu puolijohdesandwichista - p-tyypin germaniumviipaleesta kahden n-tyypin palan välissä.
Tämän hihassaan olevan ässän rohkaisemana Shockley haki Bardeenille ja Brattainille heidän paluutaan Murray Hillille, vaatien kaiken kunnian transistorin keksimisestä. Eikö Bardeenin ja Brattainin laboratorioon joutunut hänen ideansa kenttävaikutuksesta? Eikö tämän pitäisi tehdä tarpeelliseksi siirtää kaikki patenttioikeudet hänelle? Shockleyn temppu kuitenkin kostautui: Bell Labsin patenttilakimiehet saivat selville, että tuntematon keksijä, , patentoi puolijohdekenttätehostevahvistimen lähes 20 vuotta aikaisemmin, vuonna 1930. Lilienfeld ei tietenkään koskaan toteuttanut ideaansa, ottaen huomioon materiaalin senhetkisen tilan, mutta päällekkäisyyden riski oli liian suuri - oli parempi olla mainitsematta kokonaan kenttävaikutus patentissa
Joten vaikka Bell Labs antoi Shockleylle runsaan osuuden keksijän kunniasta, he nimesivät patentissa vain Bardeenin ja Brattainin. Tehtyä ei kuitenkaan voi perua: Shockleyn tavoitteet tuhosivat hänen suhteensa kahteen alaisensa. Bardeen lopetti työskentelyn transistorin parissa ja keskittyi suprajohtavuuteen. Hän jätti laboratoriot vuonna 1951. Brattain jäi sinne, mutta kieltäytyi työskentelemästä Shockleyn kanssa uudelleen ja vaati, että hänet siirretään toiseen ryhmään.
Koska Shockley ei kyennyt työskentelemään muiden ihmisten kanssa, hän ei koskaan edistynyt laboratorioissa, joten hän myös lähti sieltä. Vuonna 1956 hän palasi kotiin Palo Altoon perustaakseen oman transistoriyrityksen, Shockley Semiconductorin. Ennen lähtöään hän erosi vaimostaan Jeanista, kun tämä oli toipumassa kohdun syövästä, ja seurusteli Emmy Lanningin kanssa, jonka kanssa hän pian naimisiin. Mutta hänen kalifornialaisen unelmansa kahdesta puolikkaasta - uusi yritys ja uusi vaimo - vain yksi toteutui. Vuonna 1957 hänen parhaat insinöörinsä, jotka vihastuivat hänen johtamistyylistään ja suunnasta, johon hän vei yritystä, jättivät hänet perustamaan uuden yrityksen, Fairchild Semiconductorin.
Shockley vuonna 1956
Joten Shockley hylkäsi yrityksensä tyhjän kuoren ja otti työpaikan Stanfordin sähkötekniikan osastolle. Siellä hän jatkoi kollegoidensa (ja vanhimman ystävänsä, fyysikon) vieraantumista ) rodun rappeutumisen teoriat, jotka kiinnostivat häntä ja – aiheet, jotka ovat olleet epäsuosittuja Yhdysvalloissa viime sodan jälkeen, erityisesti akateemisissa piireissä. Hän nautti kiistoista, tiedotusvälineiden ruoskimisesta ja protestien aiheuttamisesta. Hän kuoli vuonna 1989, vieraantunut lapsistaan ja työtovereistaan, ja hänen luonaan vieraili vain hänen aina omistautunut toinen vaimonsa Emmy.
Vaikka hänen heikot yrittäjyysyrityksensä epäonnistuivat, Shockley oli kylvänyt siemenen hedelmälliseen maahan. San Franciscon lahden alueella tuotettiin monia pieniä elektroniikkayrityksiä, jotka huuhdeltiin liittovaltion rahoituksella sodan aikana. Fairchild Semiconductor, Shockleyn sattumanvarainen jälkeläinen, synnytti kymmeniä uusia yrityksiä, joista muutama tunnetaan edelleen: Intel ja Advanced Micro Devices (AMD). 1970-luvun alkuun mennessä alue oli ansainnut pilkallisen lempinimen "Piilaakso". Mutta odota hetki - Bardeen ja Brattain loivat germaniumtransistorin. Mistä silikoni tuli?
Tältä näytti vuonna 2009 hylätty Mountain View -sivusto, jossa aiemmin sijaitsi Shockley Semiconductor. Nykyään rakennus on purettu.
Kohti Piin risteystä
Shockleyn Chicagossa sijaitsevassa hotellissa keksimän uudentyyppisen transistorin kohtalo oli paljon onnellisempi kuin sen keksijän kohtalo. Kaikki johtuu yhden miehen halusta kasvattaa yksittäisiä, puhtaita puolijohdekiteitä. Gordon Teal, fysikaalinen kemisti Texasista, joka oli opiskellut tuolloin hyödytöntä germaniumia tohtorin tutkintoonsa varten, otti työpaikan Bell Labsissa 30-luvulla. Saatuaan tietää transistorista hän tuli vakuuttuneeksi siitä, että sen luotettavuutta ja tehoa voitaisiin merkittävästi parantaa luomalla se puhtaasta yksikiteestä sen sijaan, että sitä käytettäisiin monikiteisistä sekoituksista. Shockley torjui hänen pyrkimyksensä resurssien tuhlaamisena.
Teal kuitenkin pysyi ja saavutti menestystä koneinsinöörin John Littlen avulla luoden laitteen, joka uuttaa pienen kiteen siemenen sulasta germaniumista. Kun germanium jäähtyi ytimen ympärillä, se laajensi kiderakennettaan ja loi jatkuvan ja lähes puhtaan puolijohtavan hilan. Kevääseen 1949 mennessä Teal ja Little pystyivät luomaan kiteitä tilauksesta, ja testit osoittivat, että he olivat paljon jäljessä monikiteisistä kilpailijoistaan. Erityisesti niihin lisätyt pienet kuljettajat saattoivat selviytyä sisällä sata mikrosekuntia tai jopa pidempään (verrattuna enintään kymmeneen mikrosekuntiin muissa kidenäytteissä).
Nyt Tealilla oli varaa enemmän resursseja, ja hän rekrytoi enemmän ihmisiä tiimiinsä, joiden joukossa oli toinen fyysinen kemisti, joka tuli Bell Labsiin Texasista - Morgan Sparks. He alkoivat muuttaa sulatetta p- tai n-tyypin germaniumin valmistamiseksi lisäämällä sopivia epäpuhtauksia sisältäviä helmiä. Vuoden sisällä he olivat parantaneet tekniikkaa siinä määrin, että he pystyivät kasvattamaan germanium npn sandwich suoraan sulatteeseen. Ja se toimi täsmälleen kuten Shockley ennusti: p-tyypin materiaalista tuleva sähköinen signaali moduloi sähkövirtaa kahden johtimen välillä, jotka oli kytketty sitä ympäröiviin n-tyypin kappaleisiin.
Morgan Sparks ja Gordon Teal Bell Labsin työpöydällä
Tämä kasvanut risteystransistori ylittää yhden pistekontaktin esi-isänsä lähes kaikilla tavoilla. Erityisesti se oli luotettavampi ja ennustettavampi, tuotti paljon vähemmän melua (ja siksi herkempi) ja oli erittäin energiatehokas - kulutti miljoona kertaa vähemmän energiaa kuin tyypillinen tyhjiöputki. Heinäkuussa 1951 Bell Labs piti toisen lehdistötilaisuuden ilmoittaakseen uudesta keksinnöstä. Jo ennen kuin ensimmäinen transistori pääsi markkinoille, se oli jo muuttunut olennaisesti merkityksettömäksi.
Ja silti tämä oli vasta alkua. Vuonna 1952 General Electric (GE) ilmoitti kehittävänsä uuden prosessin liitostransistorien valmistamiseksi, fuusiomenetelmän. Sen rungossa kaksi indiumpalloa (p-tyypin donori) sulatettiin ohuen n-tyypin germaniumviipaleen molemmille puolille. Tämä prosessi oli yksinkertaisempi ja halvempi kuin lejeeringin liitoskohtien kasvattaminen; tällainen transistori antoi vähemmän vastusta ja tuki korkeampia taajuuksia.
Kasvatut ja sulatetut transistorit
Seuraavana vuonna Gordon Teal päätti palata kotivaltioonsa ja otti työpaikan Texas Instrumentsissa (TI) Dallasissa. Yritys perustettiin nimellä Geophysical Services, Inc., ja se tuotti alun perin laitteita öljyn etsintään. TI oli avannut elektroniikkadivisioonan sodan aikana ja oli nyt tulossa transistorimarkkinoille Western Electricin (Bell Labsin valmistusosasto) lisenssillä.
Teal toi mukanaan uusia laboratorioissa opittuja taitoja: kykyä kasvaa ja piin monokiteitä. Germaniumin ilmeisin heikkous oli sen herkkyys lämpötilalle. Altistuessaan lämmölle kiteen germaniumatomit irrottivat nopeasti vapaita elektroneja, ja se muuttui yhä enemmän johtimeksi. 77 °C:n lämpötilassa se lakkasi toimimasta kokonaan kuin transistori. Transistorien myynnin pääkohde oli armeija - potentiaalinen kuluttaja, jolla on alhainen hintaherkkyys ja suuri tarve vakaille, luotettaville ja kompakteille elektronisille komponenteille. Lämpötilaherkkä germanium ei kuitenkaan olisi hyödyllinen monissa sotilaallisissa sovelluksissa, etenkään ilmailualalla.
Pii oli paljon vakaampi, mutta sen hinta oli paljon korkeampi sulamispiste, joka on verrattavissa teräksen sulamispisteeseen. Tämä aiheutti valtavia vaikeuksia, koska korkealaatuisten transistorien luomiseen vaadittiin erittäin puhtaita kiteitä. Kuuma sula pii imeisi epäpuhtaudet mistä tahansa upokkaasta, jossa se oli. Teel ja hänen tiiminsä TI:llä pystyivät voittamaan nämä haasteet käyttämällä DuPontin ultrapuhtaita piinäytteitä. Toukokuussa 1954 Institute of Radio Engineering -konferenssissa Daytonissa Ohiossa Teal osoitti, että hänen laboratoriossaan tuotetut uudet piilaitteet jatkoivat toimintaansa, vaikka ne upotettiin kuumaan öljyyn.
Onnistuneet nousut
Lopulta noin seitsemän vuotta transistorin keksimisen jälkeen se voitiin valmistaa materiaalista, jonka kanssa se oli synonyymi. Ja suunnilleen saman verran aikaa kuluu ennen kuin transistorit ilmestyvät, jotka muistuttavat suunnilleen mikroprosessoreissamme ja muistisiruissamme käytettyä muotoa.
Vuonna 1955 Bell Labsin tutkijat oppivat onnistuneesti valmistamaan piitransistoreita uudella dopingtekniikalla - sen sijaan, että olisivat lisänneet kiinteitä epäpuhtauspalloja nestemäiseen sulatteeseen, he lisäsivät kaasumaisia lisäaineita puolijohteen kiinteään pintaan (). Huolellisesti säätelemällä toimenpiteen lämpötilaa, painetta ja kestoa he saavuttivat täsmälleen vaaditun syvyyden ja dopingasteen. Valmistusprosessin parempi hallinta on antanut paremman hallinnan lopputuotteen sähköisiin ominaisuuksiin. Vielä tärkeämpää on, että lämpödiffuusio mahdollisti tuotteen valmistamisen erissä – voit dopingia suuren piilevyn ja leikata sen sitten transistoreiksi. Armeija rahoitti Bell Laboratoriesia, koska tuotannon aloittaminen vaati korkeita alkukustannuksia. He tarvitsivat uuden tuotteen ultrakorkeataajuiseen ennakkovaroitustutkalinkkiin (“"), arktisten tutka-asemien ketju, joka oli suunniteltu havaitsemaan pohjoisnavalta lentäviä Neuvostoliiton pommikoneet, ja he olivat valmiita maksamaan 100 dollaria transistoria kohden (näinä päivinä uuden auton voitiin ostaa 2000 XNUMX dollarilla).
Seostaminen kanssa , joka kontrolloi epäpuhtauksien sijaintia, avasi mahdollisuuden etsata koko piiri kokonaan yhdelle puolijohdesubstraatille – tätä ajattelivat samanaikaisesti Fairchild Semiconductor ja Texas Instruments vuonna 1959.Fairchild käytti kemiallista metallikalvojen kerrostamista, jotka yhdistävät transistorin sähköiset koskettimet. Se poisti tarpeen luoda manuaalisia johdotuksia, pienensi tuotantokustannuksia ja lisäsi luotettavuutta.
Lopulta vuonna 1960 kaksi Bell Labsin insinööriä (John Atalla ja Davon Kahn) toteuttivat Shockleyn alkuperäisen kenttätransistorin konseptin. Ohut oksidikerros puolijohteen pinnalla pystyi tehokkaasti tukahduttamaan pintatiloja, jolloin alumiiniportista tuleva sähkökenttä tunkeutui piin sisään. Näin syntyi MOSFET [metal-oxide semiconductor field-effect transistor] (tai MOS-rakenne, metalli-oksidi-puolijohteesta), joka osoittautui niin helposti pienennettäväksi ja jota käytetään edelleen lähes kaikissa nykyaikaisissa tietokoneissa (mielenkiintoista kyllä). , Atalla oli Egyptistä ja Kang on Etelä-Koreasta, ja käytännössä vain näillä kahdella insinöörillä koko historiastamme ei ole eurooppalaisia juuria).
Lopulta, kolmetoista vuotta ensimmäisen transistorin keksimisen jälkeen, jotain tietokoneesi transistoria muistuttavaa ilmestyi. Se oli helpompi valmistaa ja kulutti vähemmän tehoa kuin liitostransistori, mutta se oli melko hidas reagoimaan signaaleihin. Kenttätransistoreiden edut tulivat esiin vasta suurten integroitujen piirien yleistyessä, kun satoja tai tuhansia komponentteja on sijoitettu samalle sirulle.
Kuva kenttätehotransistoripatentista
Kenttäefekti oli Bell Labsin viimeinen merkittävä panos transistorin kehittämiseen. Suuret elektroniikkavalmistajat, kuten Bell Laboratories (Western Electricin kanssa), General Electric, Sylvania ja Westinghouse, ovat keränneet vaikuttavan määrän puolijohdetutkimusta. Pelkästään Bell Laboratories rekisteröi vuosina 1952–1965 yli kaksisataa patenttia tästä aiheesta. Kuitenkin kaupalliset markkinat joutuivat nopeasti uusien pelaajien, kuten Texas Instrumentsin, Transitronin ja Fairchildin, käsiin.
Varhaiset transistorimarkkinat olivat liian pienet herättämään suurimpien toimijoiden huomion: noin 18 miljoonaa dollaria vuodessa 1950-luvun puolivälissä, kun elektroniikkamarkkinat olivat yhteensä 2 miljardia dollaria. Näiden jättiläisten tutkimuslaboratoriot toimivat kuitenkin tahattomina harjoitusleireinä. jossa nuoret tutkijat voisivat omaksua puolijohdetietoa ennen kuin he siirtyvät myymään palveluitaan pienemmille yrityksille. Kun putkielektroniikan markkinat alkoivat supistua vakavasti 1960-luvun puolivälissä, Bell Labsin, Westinghousen ja muiden oli liian myöhäistä kilpailla nousujohteisten kanssa.
Tietokoneiden siirtyminen transistoreihin
1950-luvulla transistorit tunkeutuivat elektroniikkamaailmaan neljällä pääalueella. Kaksi ensimmäistä olivat kuulokojeet ja kannettavat radiot, joissa alhainen virrankulutus ja siitä seurannut pitkä akun käyttöikä ohitti muut näkökohdat. Kolmas oli sotilaallinen käyttö. Yhdysvaltain armeijalla oli suuria toiveita transistoreista luotettavina, kompakteina komponentteina, joita voitaisiin käyttää kaikessa kenttäradioista ballistisiin ohjuksiin. Kuitenkin alkuaikoina heidän kulut transistoreihin näyttivät enemmän vedonlyönniltä teknologian tulevaisuudesta kuin vahvistukselta niiden silloisesta arvosta. Ja lopuksi oli myös digitaalinen tietojenkäsittely.
Tietokonealalla tyhjiöputkikytkimien puutteet tunnettiin hyvin, ja jotkut skeptikot ennen sotaa jopa uskoivat, että elektronisesta tietokoneesta ei voida tehdä käytännöllistä laitetta. Kun tuhansia lamppuja kerättiin yhteen laitteeseen, ne söivät sähköä ja tuottivat valtavia määriä lämpöä, ja luotettavuuden kannalta ei voi kuin luottaa niiden säännölliseen loppuunpalamiseen. Siksi pienitehoisesta, viileästä ja säikettömästä transistorista tuli tietokonevalmistajien pelastaja. Sen haitat vahvistimena (esim. meluisempi lähtö) eivät olleet ongelma käytettäessä kytkimenä. Ainoa este oli kustannukset, ja aikanaan ne alkaisivat laskea jyrkästi.
Kaikki varhaiset amerikkalaiset kokeet transistorisoiduilla tietokoneilla tapahtuivat risteyksessä, jossa armeija halusi tutkia lupaavan uuden teknologian mahdollisuuksia ja insinöörien halu siirtyä parempiin kytkimiin.
Bell Labs rakensi TRADICin Yhdysvaltain ilmavoimille vuonna 1954 nähdäkseen, voisivatko transistorit asentaa digitaalisen tietokoneen pommikoneeseen, korvaamaan analogisen navigoinnin ja auttamaan kohteen hankinnassa. MIT Lincoln Laboratory kehitti TX-0-tietokoneen osana laajaa ilmapuolustusprojektia vuonna 1956. Koneessa käytettiin toista pintasulkutransistorin varianttia, joka soveltui hyvin nopeaan laskentaan. Philco rakensi SOLO-tietokoneensa laivaston kanssa tehdyllä sopimuksella (mutta itse asiassa NSA:n pyynnöstä) ja viimeisteli sen vuonna 1958 (käyttäen pintasulkutransistorin toista varianttia).
Länsi-Euroopassa, jolla oli vähemmän resursseja kylmän sodan aikana, tarina oli hyvin erilainen. Koneet, kuten Manchester Transistor Computer, (toinen nimi, joka on saanut inspiraationsa ENIAC-projektista ja kirjoitettu taaksepäin) ja itävaltalainen olivat sivuprojekteja, jotka käyttivät resursseja, jotka niiden luojat pystyivät raapumaan yhteen - mukaan lukien ensimmäisen sukupolven yksipistetransistorit.
Ensimmäisen transistoreita käyttävän tietokoneen nimestä on paljon kiistaa. Kaikki riippuu tietysti siitä, että valitaan oikeat määritelmät sellaisille sanoille kuin "ensimmäinen", "transistori" ja "tietokone". Joka tapauksessa tiedämme, mihin tarina päättyy. Transistorisoitujen tietokoneiden kaupallistaminen alkoi lähes välittömästi. Vuosi vuodelta samaan hintaan tietokoneet tulivat yhä tehokkaammiksi ja samantehoiset tietokoneet halpenivat, ja tämä prosessi vaikutti niin väistämättömältä, että se nostettiin lain tasolle painovoiman ja energiansäästön rinnalle. Pitääkö meidän kiistellä siitä, mikä kivi romahti ensimmäisenä?
Mistä Mooren laki tulee?
Kun lähestymme kytkimen tarinan loppua, on syytä kysyä: mikä aiheutti tämän romahduksen? Miksi Mooren laki on olemassa (tai oli olemassa – kiistellään siitä toisella kertaa)? Lentokoneille tai pölynimureille ei ole Mooren lakia, kuten ei ole myöskään imuputkille tai releille.
Vastauksessa on kaksi osaa:
- Kytkimen loogiset ominaisuudet artefaktikategoriana.
- Kyky käyttää puhtaasti kemiallisia prosesseja transistorien valmistukseen.
Ensinnäkin kytkimen olemuksesta. Useimpien esineiden ominaisuuksien on täytettävä laaja valikoima anteeksiantamattomia fyysisiä rajoituksia. Matkustajalentokoneen on kestettävä useiden ihmisten yhteispaino. Pölynimurin on kyettävä imemään tietty määrä likaa tietyssä ajassa tietystä fyysisestä alueesta. Lentokoneet ja pölynimurit olisivat hyödyttömiä, jos ne pienennetään nanomittakaavaan.
Kytkimellä, automaattisella kytkimellä, johon ihmiskäsi ei ole koskaan koskenut, on paljon vähemmän fyysisiä rajoituksia. Sillä on oltava kaksi eri tilaa, ja sen on kyettävä kommunikoimaan muiden vastaavien kytkimien kanssa, kun niiden tila muuttuu. Eli kaikki sen pitäisi pystyä kytkemään päälle ja pois päältä. Mitä erikoista transistoreissa on? Mikseivät muun tyyppiset digitaaliset kytkimet ole kokeneet niin eksponentiaalisia parannuksia?
Tässä päästään toiseen tosiasiaan. Transistorit voidaan valmistaa kemiallisilla prosesseilla ilman mekaanista puuttumista. Alusta lähtien transistorien valmistuksen keskeinen osatekijä oli kemiallisten epäpuhtauksien käyttö. Sitten tuli tasomainen prosessi, joka eliminoi tuotannon viimeisen mekaanisen vaiheen - johtojen kiinnityksen. Tämän seurauksena hän pääsi eroon viimeisestä fyysisestä miniatyrisoinnin rajoituksesta. Transistorien ei enää tarvinnut olla tarpeeksi suuria ihmisen sormille – tai millekään mekaaniselle laitteelle. Kaikki tehtiin yksinkertaisella kemialla käsittämättömän pienessä mittakaavassa: happo syövytti, valo kontrolloi, mitkä pinnan osat kestäisivät syövytystä, ja höyry tuomaan epäpuhtauksia ja metallikalvoja syövytettyihin raitoihin.
Miksi miniatyrisointi ylipäänsä on tarpeen? Koon pienentäminen tuotti koko galksin miellyttäviä sivuvaikutuksia: lisääntynyt kytkentänopeus, pienempi energiankulutus ja yksittäisten kopioiden kustannukset. Nämä tehokkaat kannustimet ovat saaneet kaikki etsimään tapoja vähentää kytkimien määrää entisestään. Ja puolijohdeteollisuus on siirtynyt kynnen kokoisten kytkimien valmistamisesta kymmenien miljoonien kytkimien pakkaamiseen neliömillimetriä kohden yhden ihmisen elinkaaren aikana. Kahdeksan dollarin pyytämisestä yhdestä kytkimestä XNUMX miljoonan kytkimen tarjoamiseen dollarilla.
Intel 1103 -muistisiru vuodelta 1971. Yksittäiset transistorit, kooltaan vain kymmeniä mikrometrejä, eivät enää näy silmällä. Ja sen jälkeen ne ovat vähentyneet vielä tuhat kertaa.
Mitä muuta luettavaa:
- Ernest Bruan ja Stuart MacDonald, Revolution in Miniature (1978)
- Michael Riordan ja Lillian Hoddeson, Crystal Fire (1997)
- Joel Shurkin, Broken Genius (1997)
Lähde: will.com