Die Entwicklung von #Transistoren: von Bell Labs zum Molecular Computing
In den 1960er und 1970er Jahren basierte die Elektronik auf Sperrschichttransistoren. Bell Labs hat uns dieses Design zur Verfügung gestellt und es blieb lange Zeit Standard. Danach machte die Entwicklung von Silizium in den 1970er Jahren große Fortschritte. Einführung von Metalloxid-Halbleiter-Feldeffekttransistoren (MOSFETs). MOSFETs nutzen das gleiche Grundprinzip, verändern jedoch die Platzierung des Siliziums. Silizium vom N-Typ und Silizium vom P-Typ sind mit verschiedenen Metallen und Oxiden dotiert. Ergebnis? Die Materialien sind günstiger. Besseres Layout. Geben Sie Ingenieuren mehr Flexibilität.
Die Ingenieure hörten hier nicht auf. Sie begannen, Transistoren nach allen Kriterien zu klassifizieren, vom Halbleitermaterial bis zur Nennleistung. Warum? Dies liegt daran, dass jede Anwendung unterschiedliche Funktionen erfordert. Die Betriebsfrequenz ist wichtig. Struktur ist wichtig. Dann kam ein großer Sprung in die Fertigung. Ingenieure erkannten, dass sie Tausende von Transistoren gleichzeitig auf einer einzigen Schicht Halbleitermaterial herstellen konnten. Das Hinzufügen des Kondensators und des Widerstands vervollständigt den integrierten Schaltkreis.
Wir nennen sie Chips. Aber in diesen kleinen Kästchen stecken Milliarden winziger Transistoren.
Seit den 1960er Jahren hat sich die Transistordichte alle 1,5 Jahre verdoppelt. Ingenieure packen Geräte weiterhin in kleinere Räume. Heutzutage sind kommerziell erhältliche Siliziumtransistoren kleiner als 45 Nanometer. Um das ins rechte Licht zu rücken: Die GF100-Grafikkartenarchitektur von NVIDIA verfügt über über 3 Milliarden Transistoren. Dies ist der kompakteste Chip aller Zeiten.
Aber diese modernen Transistoren sehen im Vergleich zu zukünftigen Transistoren groß aus.
Forscher der Yale University und Südkoreas haben den weltweit ersten molekularen Transistor gebaut. Hergestellt aus einem einzigen Benzolmolekül. Größe ist hier nicht der einzige Vorteil. Die Effizienz ist real. Aktuelle Chips verschwenden viel Energie in Form von Wärme, da sie die Energie nicht vollständig effizient liefern. Molekulare Transistoren haben das Potenzial, dieses Problem zu lösen. Diese können die Energieeffizienz zukünftiger Geräte deutlich verbessern.
Auch Materialien verändern sich. Graphen wird zu einem ernstzunehmenden Konkurrenten. Transportiert Elektronen viel schneller als Silizium. Einigen Schätzungen zufolge könnten Prozessoren auf Graphenbasis bis zu 1.000 Mal schneller laufen als aktuelle Siliziumprodukte.
後も研究を推進していきます. コンピュータはより高速になります. 携帯電話や音楽プレーヤーは, コストを下げながら超小型サイズに縮小されるでしょう. この変化の全範囲を想像するのは困難です. しかし、それはこの単純な装置から始まります.
トランジスタの力はハードウェアを超えて広がります. 重要なのは、それがテクノロジーの状況をどのように変えるかです. 結局のところ、私たちの社会です. これほど小さなコンポーネントではかなりの重量になります.
Die Geschichte der heutigen digitalen Welt beginnt nicht mit Smartphones oder Cloud-Servern. Es begann 1954 mit dem Knistern einer kleinen Plastikbox.
Texas Instruments macht mehr als nur Radios. Sie lieferten die Transistoren, die es möglich machten. Bis dahin waren elektronische Geräte groß, heiß und zerbrechlich. Vakuumröhren dominierten die Radiowellen. Sie brauchten Hochspannung. Sie sind ausgebrannt. Regency TR-1 hat die physischen Eigenschaften persönlicher Medien geändert. Dies war das erste kommerziell hergestellte Transistorprodukt. Sie können es in Ihre Tasche stecken. Kein Schrankempfänger mehr mit sich herumtragen.
Dies ist nicht nur ein neues Gerät. Dies ist eine Hardware-Revolution.
Warum Transistoren wichtiger sind als Radios
Bedenken Sie den Größenunterschied. Hochleistungs-Röhrenradio. Der Regency wog weniger als 1 Pfund. Gewichtsverlust ist kein Zufall. Dies war eine direkte Folge des Übergangs von Vakuumröhren zu Festkörpersilizium.
Wie funktioniert ein Transistor? Es fungiert als Schalter. Oder ein Verstärker. Es verwendet Halbleiter zur Stromsteuerung. Dies ist der Kern aller modernen Computer. Wenn Sie auf den Bildschirm tippen, fließt Strom durch Milliarden winziger Transistoren. Sie interpretieren deine Berührung. Rendern Sie das Bild. Alles geht auf den Durchbruch von 1954 zurück.
Der Regency TR-1 ist ein Proof of Concept. Texas Instruments hat die Lieferkette nachgewiesen. Diese Partnerschaft ist ein Zeichen für die Halbleiterindustrie. Es hat die Investitionen verschoben. Der Fokus ändert sich. Plötzlich wollten alle kleiner sein. Schneller. Ein kühleres Bediengerät.
魔法の背後にある物理学
これがなぜそれほど重要なのかを理解するには, 科学を調べる必要があります. 半導体は導体と絶縁体の間に位置します. ここではシリコンが王様です。
バージニア大学の仮想研究所の研究によると、 これらの材料の挙動は原子構造に依存します. シリコンに他の元素をドーピングすると、電子の 流れを許可または遮断する領域が作成されます. これがトランジスタの基本的な仕組みです. その実装は複雑です.
リージェンシーは当初ゲルマニウムトランジスタを使用していました. その後、シリコンが引き継ぎました. より高い温度にも対応できます. より安定しています. この材料科学の変化により, 今日私たちが当然と思っている小型化が可能になりました. あなたのラップトップにはこれらのスイッチが何十億も搭載されています. それらはナノ秒以内に発射されます.
Grenzen überschreiten: Einzelmolekültransistoren
Dieser Trend ist noch nicht gestoppt. Es wird einfach immer kleiner.
Bis Ende 2009 hatten Forscher etwas geschafft, das wie etwas aus der Science-Fiction schien. Sie schufen einen Einzelmolekültransistor. Es handelt sich hierbei nicht um Massenware. Dabei handelte es sich um ein Molekül, das als aktive Komponente fungierte.
UPI berichtete im Dezember 2009 über diese Entwicklung. Die Auswirkungen sind atemberaubend. Wenn Transistoren auf die Größe eines einzelnen Moleküls verkleinert werden können, wo endet das Schrumpfen? Es stellt die physikalischen Grenzen des Mooreschen Gesetzes in Frage. Es sagt eine Zukunft voraus, in der Schaltkreise Atom für Atom aufgebaut werden.
Es geht nicht nur darum, die Dinge kleiner zu machen. Es geht um Effizienz. Weniger Hitze. Geringerer Stromverbrauch. Schneller. Der Weg von Regency TR-1 zu einem Einzelmolekülschalter ist eine gerade Linie kontinuierlicher Optimierung
