De evolutie van #transistors: van Bell Labs tot moleculair computergebruik
In de jaren zestig en zeventig was de elektronica afhankelijk van junctie-transistors. Bell Labs heeft ons dit ontwerp aangeleverd en het is lange tijd standaard gebleven. Daarna maakte de ontwikkeling van silicium in de jaren zeventig grote vorderingen. Introductie van metaaloxide-halfgeleider veldeffecttransistors (MOSFET’s). MOSFET’s gebruiken hetzelfde basisprincipe, maar veranderen de plaatsing van het silicium. N-type silicium en P-type silicium zijn gedoteerd met verschillende metalen en oxiden. resultaat? De materialen zijn goedkoper. Betere indeling. Geef ingenieurs meer flexibiliteit.
De ingenieurs stopten daar niet. Ze begonnen transistors te classificeren op basis van alles, van halfgeleidermateriaal tot vermogens. Waarom? Dit komt omdat elke applicatie verschillende functies vereist. De bedrijfsfrequentie is belangrijk. Structuur is belangrijk. Toen kwam er een grote sprong in de productie. Ingenieurs realiseerden zich dat ze duizenden transistors tegelijk konden vervaardigen op één enkel vel halfgeleidermateriaal. Het toevoegen van de condensator en weerstand voltooit het geïntegreerde circuit.
Wij noemen ze chips. Maar in deze kleine doosjes bevinden zich miljarden kleine transistors.
Sinds de jaren zestig is de dichtheid van transistors elke anderhalf jaar verdubbeld. Ingenieurs blijven apparaten in kleinere ruimtes verpakken. Tegenwoordig zijn in de handel verkrijgbare siliciumtransistors kleiner dan 45 nanometer. Om dat in perspectief te plaatsen: NVIDIA’s GF100 grafische kaartarchitectuur heeft meer dan 3 miljard transistors. Dit is de meest compacte chip ooit.
Maar deze moderne transistors zien er groot uit vergeleken met toekomstige transistors.
Onderzoekers van Yale University en Zuid-Korea hebben ‘s werelds eerste moleculaire transistor gebouwd. Gemaakt van één enkel molecuul benzeen. Grootte is niet de enige overwinning hier. De efficiëntie is reëel. De huidige chips verspillen veel energie in de vorm van warmte omdat ze energie niet volledig efficiënt leveren. Moleculaire transistors hebben het potentieel om dit probleem op te lossen. Deze kunnen de energie-efficiëntie van toekomstige apparaten aanzienlijk verbeteren.
Materialen veranderen ook. Grafeen wordt een serieuze concurrent. Transporteert elektronen veel sneller dan silicium. Volgens sommige schattingen zouden op grafeen gebaseerde processors tot 1000 keer sneller kunnen werken dan de huidige siliciumproducten.
軌道は明確です。 トランジスタは今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。 もっと安い。 より信頼性が高くなります。 Meer informatie 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。 60 年以上前に発明されました。
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。
Het verhaal van de digitale wereld van vandaag begint niet met smartphones of cloudservers. Het begon in 1954 met het geknetter van een klein plastic doosje.
Texas Instruments doet meer dan alleen radio’s maken. Zij leverden de transistors die dit mogelijk maakten. Tot dan toe waren elektronische apparaten groot, heet en kwetsbaar. Vacuümbuizen domineerden radiogolven. Ze hadden hoogspanning nodig. Ze zijn opgebrand. Regency TR-1 heeft de fysieke eigenschappen van persoonlijke media gewijzigd. Dit was het eerste commercieel vervaardigde transistorproduct. Je kunt hem in je zak stoppen. U hoeft niet langer met een kastontvanger te sjouwen.
Dit is niet zomaar een nieuw gadget. Dit is een hardwarerevolutie.
Waarom transistors belangrijker zijn dan radio’s
Denk aan het verschil in grootte. Zware vacuümbuisradio. Het regentschap woog minder dan 1 pond. Gewichtsverlies is geen toeval. Dit was een direct gevolg van de overgang van vacuümbuizen naar silicium in vaste toestand.
Hoe werkt een transistor? Het fungeert als een schakelaar. Of een versterker. Het maakt gebruik van halfgeleiders om de stroom te regelen. Dit is de kern van alle moderne computers. Wanneer je op het scherm tikt, stroomt er elektriciteit door miljarden kleine transistors. Ze interpreteren je aanraking. Geef de afbeelding weer. Het gaat allemaal terug tot de doorbraak van 1954.
De Regency TR-1 is een proof of concept. Texas Instruments bewees de toeleveringsketen. Deze samenwerking is een bewijs van de halfgeleiderindustrie. Het heeft de investeringen verlegd. De focus verandert. Opeens wilde iedereen kleiner zijn. Sneller. Een koeler bedieningsapparaat.
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。 シンプルさの中にエレガントさがあります。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。シリコンはさらに豊富に含まれています。 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 verleggen: transistors met één molecuul
Deze trend is nog niet gestopt. Het wordt alleen maar kleiner.
Eind 2009 hadden onderzoekers iets bereikt dat uit science fiction leek. Ze creëerden een transistor met één molecuul. Dit is geen bulkmateriaal. Dit was één molecuul dat als de actieve component fungeerde.
UPI rapporteerde in december 2009 over deze ontwikkeling. De impact is enorm. Als transistors kunnen worden verkleind tot de grootte van een enkel molecuul, waar houdt het krimpen dan op? Het daagt de fysieke grenzen van de wet van Moore uit. Het voorspelt een toekomst waarin circuits atoom voor atoom worden gebouwd.
Het gaat niet alleen om het kleiner maken van dingen. Het draait allemaal om efficiëntie. Minder hitte. Lager stroomverbruik. Sneller. Het pad van Regency TR-1 naar een schakelaar met één molecuul is een rechte lijn van continue optimalisatie
