Các bài viết khác trong sê-ri:
- Lịch sử của rơle
- Lịch sử máy tính điện tử
- Lịch sử của bóng bán dẫn
- lịch sử Internet
Trong hơn một trăm năm, con chó tương tự đã vẫy cái đuôi kỹ thuật số của nó. Nỗ lực mở rộng khả năng của các giác quan của chúng ta - thị giác, thính giác và thậm chí, theo một nghĩa nào đó, cảm ứng - đã khiến các kỹ sư và nhà khoa học tìm kiếm các thành phần tốt hơn cho điện báo, điện thoại, radio và radar. Chỉ nhờ may mắn mà cuộc tìm kiếm này đã phát hiện ra con đường tạo ra các loại máy kỹ thuật số mới. Và tôi quyết định kể câu chuyện về hằng số này , trong thời gian đó các kỹ sư viễn thông đã cung cấp nguyên liệu thô cho những chiếc máy tính kỹ thuật số đầu tiên và đôi khi còn tự thiết kế và chế tạo những chiếc máy tính đó.
Nhưng đến những năm 1960, sự hợp tác hiệu quả này đã kết thúc và kéo theo đó là câu chuyện của tôi. Các nhà sản xuất thiết bị kỹ thuật số không còn phải tìm đến thế giới điện báo, điện thoại và radio để tìm các thiết bị chuyển mạch mới, cải tiến nữa, vì bản thân bóng bán dẫn đã cung cấp một nguồn cải tiến vô tận. Năm này qua năm khác, họ ngày càng đào sâu hơn, luôn tìm cách tăng tốc độ và giảm chi phí theo cấp số nhân.
Tuy nhiên, những điều này sẽ không xảy ra nếu việc phát minh ra bóng bán dẫn chỉ dừng lại ở .
Bắt đầu chậm
Báo chí nổi tiếng không mấy hào hứng với thông báo của Bell Labs về việc phát minh ra bóng bán dẫn. Vào ngày 1 tháng 1948 năm XNUMX, tờ New York Times đã dành ba đoạn về sự kiện này ở cuối bản tin Radio News. Hơn nữa, tin tức này xuất hiện sau những tin tức khác, rõ ràng được coi là quan trọng hơn: chẳng hạn như chương trình radio kéo dài một giờ “Waltz Time”, đáng lẽ phải xuất hiện trên NBC. Nhìn lại, chúng ta có thể muốn bật cười, thậm chí mắng mỏ những tác giả vô danh - tại sao họ lại không nhận ra sự kiện khiến thế giới đảo lộn?
Nhưng nhận thức muộn màng đã bóp méo nhận thức, khuếch đại những tín hiệu mà tầm quan trọng mà chúng ta biết đã bị mất đi trong biển tiếng ồn vào thời điểm đó. Bóng bán dẫn của năm 1948 rất khác so với bóng bán dẫn của máy tính mà bạn đang đọc bài viết này (trừ khi bạn quyết định in nó ra). Chúng khác nhau đến mức, mặc dù có cùng tên và dòng di truyền không gián đoạn kết nối chúng, chúng nên được coi là các loài khác nhau, nếu không muốn nói là khác chi. Chúng có thành phần khác nhau, cấu trúc khác nhau, nguyên lý hoạt động khác nhau, chưa kể đến sự khác biệt rất lớn về kích thước. Chỉ thông qua sự sáng tạo liên tục thì thiết bị vụng về do Bardeen và Brattain chế tạo mới có thể biến đổi thế giới và cuộc sống của chúng ta.
Trên thực tế, bóng bán dẫn germanium một điểm không đáng được chú ý nhiều hơn những gì nó nhận được. Nó có một số khiếm khuyết do di truyền từ ống chân không. Tất nhiên, nó nhỏ hơn nhiều so với những chiếc đèn nhỏ gọn nhất. Việc không có dây tóc nóng có nghĩa là nó tạo ra ít nhiệt hơn, tiêu thụ ít năng lượng hơn, không bị cháy và không cần làm nóng trước khi sử dụng.
Tuy nhiên, sự tích tụ bụi bẩn trên bề mặt tiếp xúc đã dẫn đến hỏng hóc và làm mất khả năng kéo dài tuổi thọ sử dụng; nó phát ra tín hiệu ồn ào hơn; chỉ hoạt động ở công suất thấp và trong dải tần hẹp; thất bại khi có nhiệt, lạnh hoặc ẩm; và nó không thể được sản xuất đồng đều. Một số bóng bán dẫn được tạo ra theo cùng một cách bởi cùng một người sẽ có các đặc tính điện cực kỳ khác nhau. Và tất cả những thứ này có giá gấp tám lần so với một chiếc đèn tiêu chuẩn.
Mãi đến năm 1952, Bell Labs (và những người nắm giữ bằng sáng chế khác) mới giải quyết được các vấn đề sản xuất đủ để bóng bán dẫn một điểm trở thành thiết bị thực tế, và thậm chí khi đó chúng vẫn chưa lan rộng ra ngoài thị trường máy trợ thính, nơi độ nhạy cảm về giá tương đối thấp. và lợi ích về thời lượng pin nhiều hơn những nhược điểm.
Tuy nhiên, sau đó những nỗ lực đầu tiên đã bắt đầu biến bóng bán dẫn thành một thứ gì đó tốt hơn và hữu ích hơn. Chúng thực sự đã bắt đầu sớm hơn nhiều so với thời điểm công chúng biết đến sự tồn tại của nó.
Tham vọng của Shockley
Vào cuối năm 1947, Bill Shockley có chuyến đi tới Chicago trong tâm trạng vô cùng phấn khích. Anh ta có những ý tưởng mơ hồ về cách đánh bại bóng bán dẫn mới được phát minh gần đây của Bardeen và Brattain, nhưng vẫn chưa có cơ hội phát triển chúng. Vì vậy, thay vì tận hưởng thời gian nghỉ ngơi giữa các giai đoạn làm việc, anh ấy lại dành Giáng sinh và Năm mới tại khách sạn, viết những ý tưởng của mình vào cuốn sổ khoảng 20 trang. Trong số đó có đề xuất về một bóng bán dẫn mới bao gồm một bánh sandwich bán dẫn - một lát gecmani loại p giữa hai miếng loại n.
Được khuyến khích bởi con át chủ bài này, Shockley đã yêu cầu Bardeen và Brattain quay trở lại Murray Hill, đòi tất cả công lao cho việc phát minh ra bóng bán dẫn. Chẳng phải chính ý tưởng của anh ấy về hiệu ứng trường đã đưa Bardeen và Brattain vào phòng thí nghiệm sao? Điều này có khiến việc chuyển giao mọi quyền đối với bằng sáng chế cho anh ta không phải là điều cần thiết sao? Tuy nhiên, mánh khóe của Shockley đã phản tác dụng: Các luật sư về bằng sáng chế của Bell Labs phát hiện ra rằng nhà phát minh vô danh, , được cấp bằng sáng chế cho bộ khuếch đại hiệu ứng trường bán dẫn gần 20 năm trước, vào năm 1930. Tất nhiên, Lilienfeld chưa bao giờ thực hiện ý tưởng của mình, do tình trạng vật liệu vào thời điểm đó, nhưng nguy cơ chồng chéo là quá lớn - tốt hơn hết là tránh đề cập đến hiệu ứng trường trong bằng sáng chế
Vì vậy, mặc dù Bell Labs đã dành cho Shockley một phần công lao hào phóng của nhà phát minh nhưng họ chỉ nêu tên Bardeen và Brattain trong bằng sáng chế. Tuy nhiên, những gì đã làm thì không thể hủy bỏ: Tham vọng của Shockley đã phá hủy mối quan hệ của anh với hai cấp dưới. Bardeen ngừng nghiên cứu bóng bán dẫn và tập trung vào tính siêu dẫn. Ông rời phòng thí nghiệm vào năm 1951. Brattain vẫn ở đó, nhưng từ chối làm việc với Shockley lần nữa và nhất quyết muốn được chuyển sang một nhóm khác.
Do không thể làm việc với người khác, Shockley không bao giờ đạt được tiến bộ nào trong phòng thí nghiệm nên cũng rời khỏi đó. Năm 1956, ông trở về quê hương Palo Alto để thành lập công ty bóng bán dẫn của riêng mình, Shockley Semiconductor. Trước khi rời đi, anh ly thân với vợ mình Jean khi cô ấy đang hồi phục sau bệnh ung thư tử cung và có quan hệ với Emmy Lanning, người mà anh sớm kết hôn. Nhưng trong số hai nửa giấc mơ California của anh - một công ty mới và một người vợ mới - chỉ có một nửa trở thành hiện thực. Năm 1957, những kỹ sư giỏi nhất của ông tức giận với phong cách quản lý và phương hướng điều hành công ty của ông, đã rời bỏ ông để thành lập một công ty mới, Fairchild Semiconductor.
Shockley năm 1956
Vì vậy Shockley đã từ bỏ cái vỏ trống rỗng của công ty mình và nhận công việc ở bộ phận kỹ thuật điện ở Stanford. Ở đó, ông tiếp tục xa lánh các đồng nghiệp của mình (và người bạn lâu năm nhất của ông, nhà vật lý ) lý thuyết về sự thoái hóa chủng tộc khiến ông quan tâm và – những chủ đề không được ưa chuộng ở Hoa Kỳ kể từ khi kết thúc cuộc chiến tranh vừa qua, đặc biệt là trong giới học thuật. Anh ta thích gây tranh cãi, tấn công giới truyền thông và gây ra phản đối. Ông qua đời năm 1989, bị con cái và đồng nghiệp ghẻ lạnh, và chỉ có người vợ thứ hai luôn tận tâm của ông, Emmy đến thăm.
Mặc dù những nỗ lực kinh doanh yếu ớt của ông đã thất bại, Shockley đã gieo một hạt giống vào mảnh đất màu mỡ. Khu vực Vịnh San Francisco sản sinh ra nhiều công ty điện tử nhỏ, được chính phủ liên bang tài trợ trong thời gian chiến tranh. Fairchild Semiconductor, đứa con tình cờ của Shockley, đã sinh ra hàng chục công ty mới, một vài trong số đó vẫn còn được biết đến cho đến ngày nay: Intel và Advanced Micro Devices (AMD). Đến đầu những năm 1970, khu vực này đã có biệt danh chế nhạo là "Thung lũng Silicon". Nhưng đợi một chút - Bardeen và Brattain đã tạo ra bóng bán dẫn germani. Silicon đến từ đâu?
Đây chính là diện mạo của địa điểm Mountain View bị bỏ hoang trước đây là trụ sở của Shockley Semiconductor vào năm 2009. Ngày nay tòa nhà đã bị phá bỏ.
Hướng tới ngã tư Silicon
Số phận của loại bóng bán dẫn mới, do Shockley phát minh ở một khách sạn ở Chicago, hạnh phúc hơn nhiều so với số phận của người phát minh ra nó. Tất cả là nhờ vào mong muốn phát triển các tinh thể bán dẫn nguyên chất, đơn lẻ của một người. Gordon Teal, một nhà hóa học vật lý đến từ Texas, người đã nghiên cứu gecmani vô dụng để lấy bằng tiến sĩ, đã nhận công việc tại Bell Labs vào những năm 30. Sau khi tìm hiểu về bóng bán dẫn, ông bị thuyết phục rằng độ tin cậy và công suất của nó có thể được cải thiện đáng kể bằng cách tạo ra nó từ một tinh thể đơn thuần khiết, thay vì từ hỗn hợp đa tinh thể được sử dụng khi đó. Shockley bác bỏ những nỗ lực của mình vì cho rằng đó là sự lãng phí tài nguyên.
Tuy nhiên, Teal vẫn kiên trì và đạt được thành công, với sự giúp đỡ của kỹ sư cơ khí John Little, tạo ra một thiết bị chiết xuất một hạt tinh thể cực nhỏ từ germanium nóng chảy. Khi germanium nguội đi xung quanh hạt nhân, nó mở rộng cấu trúc tinh thể của nó, tạo ra mạng bán dẫn liên tục và gần như tinh khiết. Đến mùa xuân năm 1949, Teal và Little có thể tạo ra các tinh thể theo đơn đặt hàng, và các thử nghiệm cho thấy họ thua xa các đối thủ cạnh tranh đa tinh thể. Đặc biệt, các chất vận chuyển nhỏ được thêm vào chúng có thể tồn tại bên trong một trăm micro giây hoặc thậm chí lâu hơn (so với không quá mười micro giây trong các mẫu tinh thể khác).
Giờ đây Teal có thể cung cấp nhiều tài nguyên hơn và tuyển thêm người vào nhóm của mình, trong số đó có một nhà hóa học vật lý khác đến Bell Labs từ Texas - Morgan Sparks. Họ bắt đầu thay đổi quá trình nấu chảy để tạo ra germanium loại p hoặc loại n bằng cách thêm các hạt tạp chất thích hợp. Trong vòng một năm, họ đã cải tiến công nghệ đến mức có thể tạo ra bánh sandwich germanium npn trực tiếp trong nước nóng chảy. Và nó hoạt động đúng như dự đoán của Shockley: một tín hiệu điện từ vật liệu loại p điều chỉnh dòng điện giữa hai dây dẫn được nối với các mảnh loại n bao quanh nó.
Morgan Sparks và Gordon Teal tại bàn làm việc tại Bell Labs
Bóng bán dẫn tiếp xúc đã phát triển này vượt trội hơn so với tổ tiên tiếp xúc một điểm của nó về hầu hết mọi mặt. Đặc biệt, nó đáng tin cậy hơn và có thể dự đoán được, tạo ra ít tiếng ồn hơn (và do đó nhạy hơn) và cực kỳ tiết kiệm năng lượng - tiêu thụ năng lượng ít hơn một triệu lần so với ống chân không thông thường. Vào tháng 1951 năm XNUMX, Bell Labs tổ chức một cuộc họp báo khác để công bố phát minh mới. Ngay cả trước khi bóng bán dẫn đầu tiên tiếp cận được thị trường, về cơ bản nó đã trở nên không còn phù hợp nữa.
Tuy nhiên đây mới chỉ là sự khởi đầu. Năm 1952, General Electric (GE) công bố phát triển một quy trình mới để chế tạo các bóng bán dẫn tiếp giáp, phương pháp nhiệt hạch. Trong khuôn khổ của nó, hai quả cầu indium (chất cho loại p) được hợp nhất ở cả hai mặt của một lát germanium mỏng loại n. Quá trình này đơn giản và rẻ hơn so với việc phát triển các mối nối trong hợp kim; một bóng bán dẫn như vậy cho ít điện trở hơn và hỗ trợ tần số cao hơn.
Bóng bán dẫn phát triển và hợp nhất
Năm sau, Gordon Teal quyết định trở về quê hương và nhận công việc tại Texas Instruments (TI) ở Dallas. Công ty được thành lập với tên Geophysical Services, Inc., và ban đầu sản xuất thiết bị thăm dò dầu khí, TI đã mở một bộ phận điện tử trong chiến tranh và hiện đang tham gia vào thị trường bóng bán dẫn theo giấy phép của Western Electric (bộ phận sản xuất của Bell Labs).
Teal mang theo những kỹ năng mới học được trong phòng thí nghiệm: khả năng phát triển và đơn tinh thể silicon. Điểm yếu rõ ràng nhất của germanium là độ nhạy cảm với nhiệt độ. Khi tiếp xúc với nhiệt, các nguyên tử germani trong tinh thể nhanh chóng giải phóng các electron tự do và nó ngày càng trở thành chất dẫn điện. Ở nhiệt độ 77°C, nó ngừng hoạt động hoàn toàn giống như một bóng bán dẫn. Mục tiêu chính của việc bán bóng bán dẫn là quân đội - một người tiêu dùng tiềm năng với độ nhạy cảm về giá thấp và nhu cầu rất lớn về các linh kiện điện tử nhỏ gọn, ổn định và đáng tin cậy. Tuy nhiên, germanium nhạy cảm với nhiệt độ sẽ không hữu ích trong nhiều ứng dụng quân sự, đặc biệt là trong lĩnh vực hàng không vũ trụ.
Silicon ổn định hơn nhiều nhưng lại có điểm nóng chảy cao hơn nhiều, có thể so sánh với thép. Điều này gây ra những khó khăn to lớn vì cần có những tinh thể rất tinh khiết để tạo ra bóng bán dẫn chất lượng cao. Silicon nóng chảy sẽ hấp thụ các chất gây ô nhiễm từ bất cứ nồi nấu nào có chứa nó. Teel và nhóm của ông tại TI đã có thể vượt qua những thách thức này bằng cách sử dụng các mẫu silicon siêu tinh khiết từ DuPont. Vào tháng 1954 năm XNUMX, tại hội nghị của Viện Kỹ thuật Vô tuyến ở Dayton, Ohio, Teal đã chứng minh rằng các thiết bị silicon mới được sản xuất trong phòng thí nghiệm của ông vẫn tiếp tục hoạt động ngay cả khi ngâm trong dầu nóng.
Những người mới nổi thành công
Cuối cùng, khoảng bảy năm sau khi bóng bán dẫn được phát minh lần đầu tiên, nó có thể được chế tạo từ vật liệu đồng nghĩa với nó. Và cũng sẽ mất khoảng thời gian tương tự trước khi xuất hiện các bóng bán dẫn có hình dạng gần giống với hình dạng được sử dụng trong các bộ vi xử lý và chip nhớ của chúng ta.
Năm 1955, các nhà khoa học của Bell Labs đã học thành công cách chế tạo bóng bán dẫn silicon bằng công nghệ pha tạp mới - thay vì thêm các quả cầu tạp chất rắn vào chất lỏng tan chảy, họ đã đưa các chất phụ gia dạng khí vào bề mặt rắn của chất bán dẫn (). Bằng cách kiểm soát cẩn thận nhiệt độ, áp suất và thời gian của quy trình, họ đã đạt được độ sâu và mức độ pha tạp chính xác cần thiết. Kiểm soát tốt hơn quá trình sản xuất đã mang lại khả năng kiểm soát tốt hơn các tính chất điện của sản phẩm cuối cùng. Quan trọng hơn, sự khuếch tán nhiệt giúp có thể sản xuất sản phẩm theo lô - bạn có thể pha tạp một tấm silicon lớn rồi cắt nó thành bóng bán dẫn. Quân đội đã tài trợ cho Phòng thí nghiệm Bell vì việc thiết lập sản xuất đòi hỏi chi phí trả trước cao. Họ cần một sản phẩm mới cho liên kết radar cảnh báo sớm tần số cực cao (“"), một chuỗi các trạm radar Bắc Cực được thiết kế để phát hiện máy bay ném bom của Liên Xô bay từ Bắc Cực và họ sẵn sàng bỏ ra 100 USD cho mỗi bóng bán dẫn (thời đó một chiếc ô tô mới có thể được mua với giá 2000 USD).
Hợp kim với , kiểm soát vị trí của tạp chất, mở ra khả năng khắc toàn bộ mạch điện trên một chất nền bán dẫn - điều này đã được Fairchild Semiconductor và Texas Instruments đồng thời nghĩ ra vào năm 1959. “" từ Fairchild đã sử dụng sự lắng đọng hóa học của màng kim loại kết nối các điểm tiếp xúc điện của bóng bán dẫn. Nó loại bỏ nhu cầu tạo hệ thống dây dẫn thủ công, giảm chi phí sản xuất và tăng độ tin cậy.
Cuối cùng, vào năm 1960, hai kỹ sư của Bell Labs (John Atalla và Davon Kahn) đã triển khai ý tưởng ban đầu của Shockley về bóng bán dẫn hiệu ứng trường. Một lớp oxit mỏng trên bề mặt chất bán dẫn có khả năng triệt tiêu hiệu quả các trạng thái bề mặt, khiến điện trường từ cổng nhôm xâm nhập vào silicon. Do đó, MOSFET [transistor hiệu ứng trường bán dẫn oxit kim loại] (hay cấu trúc MOS, từ chất bán dẫn oxit kim loại) đã ra đời, hóa ra lại rất dễ thu nhỏ và vẫn được sử dụng trong hầu hết các máy tính hiện đại (thú vị là , Atalla đến từ Ai Cập, còn Kang đến từ Hàn Quốc, và thực tế chỉ có hai kỹ sư này trong toàn bộ lịch sử của chúng ta là không có gốc gác châu Âu).
Cuối cùng, mười ba năm sau khi phát minh ra bóng bán dẫn đầu tiên, một thứ giống như bóng bán dẫn trong máy tính của bạn đã xuất hiện. Nó dễ sản xuất hơn và sử dụng ít điện năng hơn so với bóng bán dẫn tiếp giáp, nhưng phản hồi tín hiệu khá chậm. Chỉ với sự gia tăng nhanh chóng của các mạch tích hợp quy mô lớn, với hàng trăm hoặc hàng nghìn linh kiện nằm trên một con chip, lợi thế của bóng bán dẫn hiệu ứng trường mới lộ rõ.
Minh họa từ bằng sáng chế bóng bán dẫn hiệu ứng trường
Hiệu ứng trường là đóng góp lớn cuối cùng của Bell Labs cho sự phát triển bóng bán dẫn. Các nhà sản xuất điện tử lớn như Phòng thí nghiệm Bell (với Western Electric), General Electric, Sylvania và Westinghouse đã tích lũy được một lượng nghiên cứu về chất bán dẫn ấn tượng. Từ năm 1952 đến năm 1965, riêng Phòng thí nghiệm Bell đã đăng ký hơn XNUMX bằng sáng chế về chủ đề này. Tuy nhiên, thị trường thương mại nhanh chóng rơi vào tay những người chơi mới như Texas Instruments, Transitron và Fairchild.
Thị trường bóng bán dẫn ban đầu quá nhỏ để thu hút sự chú ý của những người chơi lớn: khoảng 18 triệu USD mỗi năm vào giữa những năm 1950, so với tổng thị trường điện tử là 2 tỷ USD. nơi các nhà khoa học trẻ có thể tiếp thu kiến thức về chất bán dẫn trước khi chuyển sang bán dịch vụ của họ cho các công ty nhỏ hơn. Khi thị trường điện tử dạng ống bắt đầu suy giảm nghiêm trọng vào giữa những năm 1960, đã quá muộn để Bell Labs, Westinghouse và những công ty còn lại có thể cạnh tranh với những công ty mới nổi.
Sự chuyển đổi của máy tính sang bóng bán dẫn
Vào những năm 1950, bóng bán dẫn đã xâm chiếm thế giới điện tử ở bốn lĩnh vực chính. Hai sản phẩm đầu tiên là máy trợ thính và radio cầm tay, nơi có mức tiêu thụ điện năng thấp và thời lượng pin dài vượt trội hơn những cân nhắc khác. Thứ ba là sử dụng quân sự. Quân đội Hoa Kỳ đặt nhiều hy vọng vào bóng bán dẫn như những bộ phận nhỏ gọn, đáng tin cậy có thể được sử dụng trong mọi thứ, từ radio dã chiến đến tên lửa đạn đạo. Tuy nhiên, trong những ngày đầu, việc chi tiêu của họ cho bóng bán dẫn dường như giống như một cuộc đặt cược vào tương lai của công nghệ hơn là sự xác nhận giá trị khi đó của chúng. Và cuối cùng, còn có máy tính kỹ thuật số.
Trong lĩnh vực máy tính, những thiếu sót của công tắc ống chân không đã được nhiều người biết đến, khiến một số người trước chiến tranh thậm chí còn hoài nghi rằng máy tính điện tử không thể trở thành một thiết bị thực tế. Khi hàng ngàn chiếc đèn được tập hợp lại trong một thiết bị, chúng tiêu thụ điện năng, tạo ra một lượng nhiệt khổng lồ và về độ tin cậy, người ta chỉ có thể dựa vào khả năng đốt cháy thường xuyên của chúng. Vì vậy, bóng bán dẫn công suất thấp, mát, không ren đã trở thành vị cứu tinh của các nhà sản xuất máy tính. Nhược điểm của nó với tư cách là một bộ khuếch đại (chẳng hạn như đầu ra ồn hơn) không phải là vấn đề khi được sử dụng làm công tắc. Trở ngại duy nhất là chi phí và theo thời gian nó sẽ bắt đầu giảm mạnh.
Tất cả những thử nghiệm ban đầu của Mỹ với máy tính bán dẫn đều diễn ra giữa mong muốn của quân đội trong việc khám phá tiềm năng của một công nghệ mới đầy hứa hẹn và mong muốn của các kỹ sư chuyển sang sử dụng các thiết bị chuyển mạch cải tiến.
Bell Labs đã xây dựng TRADIC cho Không quân Hoa Kỳ vào năm 1954 để xem liệu bóng bán dẫn có cho phép lắp đặt máy tính kỹ thuật số trên máy bay ném bom, thay thế điều hướng tương tự và hỗ trợ tìm kiếm mục tiêu hay không. Phòng thí nghiệm MIT Lincoln đã phát triển máy tính TX-0 như một phần của dự án phòng không mở rộng vào năm 1956. Máy sử dụng một biến thể khác của bóng bán dẫn rào cản bề mặt, rất phù hợp cho tính toán tốc độ cao. Philco chế tạo máy tính SOLO của mình theo hợp đồng với Hải quân (nhưng thực tế là theo yêu cầu của NSA), hoàn thiện nó vào năm 1958 (sử dụng một biến thể khác của bóng bán dẫn rào cản bề mặt).
Ở Tây Âu, nơi có ít tài nguyên hơn trong Chiến tranh Lạnh, câu chuyện lại rất khác. Những máy móc như Máy tính bóng bán dẫn Manchester, (một tên khác lấy cảm hứng từ dự án ENIAC và được đánh vần ngược) và Áo là các dự án phụ sử dụng các tài nguyên mà người tạo ra chúng có thể cùng nhau khai thác—bao gồm cả các bóng bán dẫn một điểm thế hệ đầu tiên.
Có rất nhiều tranh cãi về danh hiệu chiếc máy tính đầu tiên sử dụng bóng bán dẫn. Tất nhiên, tất cả đều phụ thuộc vào việc chọn định nghĩa phù hợp cho các từ như “đầu tiên”, “bóng bán dẫn” và “máy tính”. Dù sao đi nữa, chúng tôi biết câu chuyện kết thúc ở đâu. Việc thương mại hóa máy tính bán dẫn bắt đầu gần như ngay lập tức. Năm này qua năm khác, những chiếc máy tính cùng mức giá ngày càng trở nên mạnh mẽ hơn và những chiếc máy tính có cùng sức mạnh ngày càng rẻ hơn, và quá trình này dường như không thể tránh khỏi đến mức nó được nâng lên hàng định luật, bên cạnh trọng lực và bảo toàn năng lượng. Chúng ta có cần tranh luận xem viên sỏi nào là viên sỏi đầu tiên sụp đổ không?
Định luật Moore bắt nguồn từ đâu?
Khi chúng ta đi đến phần cuối của câu chuyện về công tắc, điều đáng đặt ra là: điều gì đã gây ra sự sụp đổ này? Tại sao định luật Moore tồn tại (hoặc đã tồn tại - chúng ta sẽ tranh luận về điều đó vào lúc khác)? Không có định luật Moore cho máy bay hay máy hút bụi, cũng như không có định luật nào cho ống chân không hay rơle.
Câu trả lời có hai phần:
- Các thuộc tính logic của switch như một danh mục tạo tác.
- Khả năng sử dụng các quá trình hóa học thuần túy để chế tạo bóng bán dẫn.
Đầu tiên, về bản chất của switch. Các đặc tính của hầu hết các hiện vật phải đáp ứng một loạt các ràng buộc vật lý không thể tha thứ. Một chiếc máy bay chở khách phải chịu được tổng trọng lượng của nhiều người. Máy hút bụi phải có khả năng hút một lượng bụi bẩn nhất định trong một thời gian nhất định từ một khu vực vật lý nhất định. Máy bay và máy hút bụi sẽ trở nên vô dụng nếu bị thu nhỏ lại ở kích thước nano.
Một công tắc, một công tắc tự động chưa bao giờ được chạm tới bởi bàn tay con người, có ít hạn chế về mặt vật lý hơn nhiều. Nó phải có hai trạng thái khác nhau và phải có khả năng giao tiếp với các thiết bị chuyển mạch tương tự khác khi trạng thái của chúng thay đổi. Đó là, tất cả những gì nó có thể làm là bật và tắt. Transistor có gì đặc biệt? Tại sao các loại thiết bị chuyển mạch kỹ thuật số khác không có những cải tiến theo cấp số nhân như vậy?
Ở đây chúng ta đến với thực tế thứ hai. Transitor có thể được chế tạo bằng các quá trình hóa học mà không cần sự can thiệp cơ học. Ngay từ đầu, yếu tố then chốt trong sản xuất bóng bán dẫn là sử dụng tạp chất hóa học. Sau đó là quy trình phẳng, loại bỏ bước cơ học cuối cùng trong quá trình sản xuất—gắn dây. Kết quả là anh ta đã thoát khỏi giới hạn vật lý cuối cùng về việc thu nhỏ. Các bóng bán dẫn không còn cần phải đủ lớn cho ngón tay con người—hoặc bất kỳ thiết bị cơ khí nào nữa. Tất cả đều được thực hiện bằng hóa học đơn giản, ở quy mô nhỏ không thể tưởng tượng được: axit để ăn mòn, ánh sáng để kiểm soát phần nào của bề mặt có thể chống lại sự ăn mòn và hơi nước để đưa tạp chất và màng kim loại vào các rãnh được ăn mòn.
Tại sao việc thu nhỏ lại cần thiết? Việc giảm kích thước mang lại cho cả thiên hà những tác dụng phụ dễ chịu: tăng tốc độ chuyển đổi, giảm mức tiêu thụ năng lượng và chi phí của từng bản sao. Những động lực mạnh mẽ này đã khiến mọi người phải tìm cách giảm thiểu việc chuyển đổi hơn nữa. Và ngành công nghiệp bán dẫn đã đi từ việc sản xuất các công tắc có kích thước bằng móng tay đến việc đóng gói hàng chục triệu công tắc trên mỗi milimét vuông trong cuộc đời của một người. Từ việc yêu cầu XNUMX đô la cho một công tắc đến việc đề nghị XNUMX triệu công tắc cho một đô la.
Chip nhớ Intel 1103 từ năm 1971. Các bóng bán dẫn riêng lẻ, có kích thước chỉ hàng chục micromet, không còn có thể nhìn thấy được bằng mắt. Và kể từ đó họ đã giảm thêm hàng nghìn lần nữa.
Có gì khác để đọc:
- Ernest Bruan và Stuart MacDonald, Cuộc cách mạng thu nhỏ (1978)
- Michael Riordan và Lillian Hoddeson, Lửa pha lê (1997)
- Joel Shurkin, Thiên tài tan vỡ (1997)
Nguồn: www.habr.com