A evolução dos #transistores: dos Bell Labs à computação molecular
Nas décadas de 1960 e 1970, a eletrônica dependia de transistores de junção. A Bell Labs nos forneceu esse design e ele permaneceu padrão por muito tempo. Depois disso, o desenvolvimento do silício fez grandes progressos na década de 1970. Apresentando transistores de efeito de campo semicondutores de óxido metálico (MOSFETs). Os MOSFETs usam o mesmo princípio básico, mas alteram o posicionamento do silício. O silício tipo N e o silício tipo P são dopados com vários metais e óxidos. resultado? Os materiais são mais baratos. Melhor disposição. Dê aos engenheiros mais flexibilidade.
Os engenheiros não pararam por aí. Eles começaram a classificar os transistores por tudo, desde material semicondutor até classificações de potência. Por que? Isso ocorre porque cada aplicativo requer funções diferentes. A frequência operacional é importante. A estrutura é importante. Então veio um grande salto na fabricação. Os engenheiros perceberam que poderiam fabricar milhares de transistores simultaneamente em uma única folha de material semicondutor. Adicionar o capacitor e o resistor completa o circuito integrado.
Nós os chamamos de chips. Mas dentro dessas caixinhas estão bilhões de minúsculos transistores.
Desde a década de 1960, a densidade dos transistores dobrou a cada 1,5 anos. Os engenheiros continuam a embalar dispositivos em espaços menores. Hoje, os transistores de silício disponíveis comercialmente têm menos de 45 nanômetros. Para colocar isso em perspectiva, a arquitetura da placa gráfica GF100 da NVIDIA possui mais de 3 bilhões de transistores. Este é o chip mais compacto de todos os tempos.
Mas esses transistores modernos parecem grandes em comparação com os transistores futuros.
Pesquisadores da Universidade de Yale e da Coreia do Sul construíram o primeiro transistor molecular do mundo. Feito de uma única molécula de benzeno. O tamanho não é a única vitória aqui. A eficiência é real. Os chips atuais desperdiçam muita energia na forma de calor porque não fornecem energia de forma totalmente eficiente. Os transistores moleculares têm potencial para resolver esse problema. Estes podem melhorar significativamente a eficiência energética de dispositivos futuros.
Os materiais também mudam. O grafeno está se tornando um concorrente sério. Transporta elétrons muito mais rápido que o silício. De acordo com algumas estimativas, os processadores baseados em grafeno poderiam funcionar até 1.000 vezes mais rápido que os atuais produtos de silício.
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。 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。 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。
A história do mundo digital de hoje não começa com smartphones ou servidores em nuvem. Tudo começou em 1954 com o estalar de uma pequena caixa de plástico.
A Texas Instruments faz mais do que apenas fabricar rádios. Eles forneceram os transistores que tornaram isso possível. Até então, os dispositivos eletrônicos eram grandes, quentes e frágeis. Os tubos de vácuo dominaram as ondas de rádio. Eles precisavam de alta tensão. Eles queimaram. Regency TR-1 alterou as propriedades físicas da mídia pessoal. Este foi o primeiro produto transistor fabricado comercialmente. Você pode colocá-lo no bolso. Chega de carregar um receptor de gabinete.
Este não é apenas um novo gadget. Esta é uma revolução de hardware.
Por que os transistores são mais importantes que os rádios
Considere a diferença de tamanho. Rádio de tubo de vácuo para serviço pesado. A Regência pesava menos de 1 quilo. A perda de peso não é por acaso. Este foi um resultado direto da transição dos tubos de vácuo para o silício de estado sólido.
Como funciona um transistor? Ele atua como um interruptor. Ou um amplificador. Ele usa semicondutores para controlar a corrente. Este é o núcleo de toda a computação moderna. Quando você toca na tela, a eletricidade flui através de bilhões de minúsculos transistores. Eles interpretam seu toque. Renderize a imagem. Tudo remonta ao avanço de 1954.
O Regency TR-1 é uma prova de conceito. A Texas Instruments provou a cadeia de suprimentos. Esta parceria é uma prova da indústria de semicondutores. Mudou o investimento. O foco muda. De repente, todos queriam ser menores. Mais rápido. Um dispositivo operacional mais frio.
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。
Ultrapassando limites: transistores de molécula única
Esta tendência ainda não parou. Ele está cada vez menor.
No final de 2009, os investigadores tinham conseguido algo que parecia algo saído da ficção científica. Eles criaram um transistor de molécula única. Este não é material a granel. Esta era uma molécula atuando como componente ativo.
A UPI informou sobre este desenvolvimento em Dezembro de 2009. O impacto é surpreendente. Se os transistores podem ser reduzidos ao tamanho de uma única molécula, onde termina o encolhimento? Desafia os limites físicos da Lei de Moore. Ele prevê um futuro onde os circuitos serão construídos átomo por átomo.
Não se trata apenas de tornar as coisas menores. É tudo uma questão de eficiência. Menos calor. Menor consumo de energia. Mais rápido. O caminho do Regency TR-1 para uma troca de molécula única é uma linha reta de otimização contínua
