Η Ιστορία των Επεξεργαστών και των Ημιαγωγών
Γράφει ο Ευκλείδης Δουλγερίδης
Πολιτικός Επιστήμονας
Αν λέγατε σε κάποιον τη δεκαετία του 1970, ότι σε 50 χρόνια από τώρα, οι άνθρωποι θα έχουν τη δυνατότητα να μιλάνε σε κινητό τηλέφωνο από τη μια ήπειρο στην άλλη, ότι θα μπορούν να στέλνουν φωτογραφίες και βίντεο σε κλάσματα δευτερολέπτου και ότι θα μπορούν να δουλεύουν από το σπίτι τους για μια εταιρεία χιλιάδες χιλιόμετρα μακριά, απλά θα γελούσαν μαζί σας. Πώς όμως όλα αυτά τα πλεονεκτήματα της τεχνολογίας ξεκίνησαν; Πώς εξελίχθηκαν μέσα στα χρόνια;
Στο παρόν άρθρο θα διαβάσετε την ιστορία των ημιαγωγών, αυτών που διαβάζουν τα 0 και 1 των κωδίκων που χρησιμοποιούνται για να μπορεί κάποιος να διαβάσει ένα άρθρο στο geopolitics and daily news, για να χρησιμοποιήσει το 5G ή και για να δει ένα βίντεο στο διαδίκτυο.
Η Ιστορία των Επεξεργαστών και των Ημιαγωγών
Όλα ξεκίνησαν όταν ο William Shockley από το Palo Alto της Καλιφόρνιας άρχισε να εργάζεται στα Bell Labs στο New Jersey, εστιάζοντας στους ημιαγωγούς, καθώς αυτή ήταν η εξειδίκευσή του. Οι ημιαγωγοί κατασκευάζονται κυρίως από πυρίτιο και γερμάνιο, με την προσθήκη άλλων υλικών, ώστε να επιτρέπουν τον έλεγχο της ροής του ηλεκτρικού ρεύματος. Αυτό ήταν μια πρωτοποριακή ιδέα που δεν είχε εφαρμοστεί μέχρι τότε, αλλά ο Shockley, μετά από εκτεταμένα πειράματα, κατάφερε να την υλοποιήσει. Δύο χρόνια αργότερα, οι Walter Brattain και John Bardeen κατασκεύασαν μια συσκευή παρόμοια με αυτήν του Shockley, αλλά πιο ανεπτυγμένη και ταυτόχρονα πιο περίπλοκη. Αυτό που κατόρθωσαν ήταν να ελέγξουν την τάση. Έτσι, η γνωστή AT&T, μιας και κατείχε την Bell Labs, είχε στα χέρια της τον πρώτο τρανζίστορ, ο οποίος χρησιμοποιείται για τη μεταφορά σημάτων στα κινητά τηλέφωνα. Μέχρι τότε, χρησιμοποιούνταν οι λυχνίες κενού, οι οποίες ήταν ογκώδεις, ακριβές, δύσκολες στη συντήρηση και απαιτούσαν σημαντικό ανθρώπινο δυναμικό για τη λειτουργία τους. Καταλαβαίνει κανείς ότι για εκείνα τα χρόνια η αλλαγή από λυχνίες κενού στα τρανζίστορ ήταν μεγαλοπρεπής.
Η Ιστορική Αναδρομή των Kilby & Noyce
Jack Kilby (Texas Instruments): Το 1958, ανέπτυξε το πρώτο ολοκληρωμένο κύκλωμα (IC), συνδέοντας πολλαπλά τρανζίστορ σε ένα μόνο υπόστρωμα ημιαγωγού. Αυτή η εφεύρεση μείωσε δραστικά το μέγεθος και το κόστος των ηλεκτρονικών κυκλωμάτων, ανοίγοντας το δρόμο για τους σύγχρονους υπολογιστές και μικροεπεξεργαστές.
Robert Noyce (Fairchild Semiconductor): Παράλληλα, το 1959, ανέπτυξε τη δική του έκδοση του ολοκληρωμένου κυκλώματος, χρησιμοποιώντας τη μέθοδο του μονολιθικού πυριτίου, που ήταν πιο αξιόπιστη και εύκολη στη μαζική παραγωγή. Αργότερα, συνίδρυσε την Intel, όπου έπαιξε καθοριστικό ρόλο στην ανάπτυξη των πρώτων μικροεπεξεργαστών.
Ο Νόμος του Moore και η Ραγδαία Εξέλιξη των Ημιαγωγών
Το 1965, ο Gordon Moore (συνιδρυτής της Intel) διατύπωσε τον νόμο του Moore, που προέβλεπε ότι ο αριθμός των τρανζίστορ σε ένα ολοκληρωμένο κύκλωμα θα διπλασιάζεται περίπου κάθε δύο χρόνια, οδηγώντας σε εκθετική αύξηση της υπολογιστικής ισχύος και μείωση του κόστους παραγωγής, αλλά και της χρήσης ηλεκτρικού ρεύματος. Αυτή η πρόβλεψη επιβεβαιώθηκε τις επόμενες δεκαετίες, οδηγώντας σε επεξεργαστές ολοένα και πιο ισχυρούς. Η τάση αυτή συνεχίστηκε μέχρι πρόσφατα, όπου φτάσαμε σε φυσικά όρια μεγέθους των τρανζίστορ, με τη βιομηχανία να στρέφεται σε νέες τεχνολογίες, όπως τα τρισδιάστατα κυκλώματα, η κβαντική υπολογιστική και η χρήση EUV (extra ultraviolet lithography), μια περίπλοκη διαδικασία που χρησιμοποιείται για τη δημιουργία των τρανζίστορ.
Intel και η Εξέλιξή της
Ο Noyce και ο Moore, μόλις παραιτήθηκαν από τη Fairchild, δημιούργησαν την Intel (Integrated Electronics), καθώς θεωρούσαν πως η δημιουργία τρανζίστορ θα γινόταν πιο φθηνή και ευκολότερη η μαζική παραγωγή. Το μόνο που τους έμενε ήταν να βρουν αγοραστικό δυναμικό. Αυτό συνέβη όταν δύο χρόνια από τη δημιουργία της Intel, δημιούργησαν το πρώτο τους προϊόν, την DRAM (Dynamic Random Access Memory). Αυτό το “μαγικό” πράγμα που μπορούσε να αποθηκεύσει/διαβάσει 0 και 1, όπως αναφέρθηκε και στην περίληψη. Με τη θεωρία του Moore ότι ανά δύο χρόνια τα τρανζίστορ θα πολλαπλασιάζονταν, η τιμή παραγωγής τους θα έπεφτε, θα είχαν καλύτερες επιδόσεις και θα εξοικονομούσαν ρεύμα, οι επεξεργαστές της Intel το έχουν αποδείξει, αφού κάθε υπολογιστής και data server έχει κατά κύριο λόγο επεξεργαστές της.
Εμπορική Χρήση Ημιαγωγών και Επεξεργαστών
Μέχρι και τη δεκαετία του 1960, οι περισσότερες συσκευές τηλεπικοινωνιών και δορυφόροι βασίζονταν ακόμα σε λυχνίες κενού, οι οποίες ήταν ακριβές, δύσκολες στη συντήρηση και ευαίσθητες σε βλάβες. Η NASA, θέλοντας να ενισχύσει την τεχνολογική της υπεροχή μετά την εκτόξευση του σοβιετικού Sputnik το 1957, επένδυσε σε ημιαγωγούς και ολοκληρωμένα κυκλώματα (ICs), συνεργαζόμενη με εταιρείες όπως η Fairchild Semiconductor και η Texas Instruments. Η Intel, που ιδρύθηκε το 1968 από τους Gordon Moore και Robert Noyce, μπήκε δυναμικά στον χώρο με την καινοτόμα μνήμη DRAM, η οποία επέτρεπε την αποθήκευση και ανάγνωση δυαδικών δεδομένων (0 και 1) και αποτέλεσε βασικό θεμέλιο για τη μελλοντική ανάπτυξη των υπολογιστών. Παρότι η Intel δεν προμήθευσε άμεσα εξαρτήματα στο πρόγραμμα Απόλλων, η γενικότερη επένδυση των ΗΠΑ στην τεχνολογία των ημιαγωγών μέσω της NASA και της DARPA βοήθησε στη μαζική υιοθέτηση των τρανζίστορ και των ολοκληρωμένων κυκλωμάτων, επιτρέποντας την πραγματοποίηση του Νόμου του Moore.
Στρατιωτική Χρήση Ημιαγωγών και Επεξεργαστών
Όλα ξεκίνησαν από τον πόλεμο του Βιετνάμ. Κάνοντας μια σύντομη περιγραφή των λόγων του πολέμου μεταξύ Ηνωμένων Πολιτειών της Αμερικής και του Βόρειου Βιετνάμ (κομμουνιστικό), καταλαβαίνει κανείς πώς η Αμερική ήθελε να εισβάλει εκεί για να περιορίσει την εξάπλωση του κομμουνισμού. Αυτός ο πόλεμος ξεκίνησε το 1955 και τελείωσε το 1975 με τη συνθήκη του Παρισιού, από όπου η Αμερική είχε ξεκινήσει από το 1973 να αποχωρεί σταδιακά. Κατά τη διάρκεια αυτού του πολέμου, η Αμερική είχε ρίξει πάνω από 600.000 τόνους βομβών που στις περισσότερες περιπτώσεις είχαν αποτύχει παταγωδώς να πετύχουν τον στόχο τους. Και αυτό γιατί τα συστήματα στις βόμβες ήταν παρωχημένα. Επίσης, οι ανάγκες για πιο εξελιγμένα όπλα για να υποστηρίξουν τον πόλεμο και να περιορίσουν τη σοβιετική επιρροή ήταν τεράστιες.
Τέλος είναι καλό να αναφερθεί και η σημαντικότητα των ημιαγωγωγών στον τομέα της επικοινωνίας στο πεδίο της μάχης, το Υπουργείο Άμυνας των Ηνωμένων Πολιτειών δημιούργησε το πρόγραμμα ARPANET, το οποίο αποτέλεσε τη βάση για την ανάπτυξη του Διαδικτύου. Οι στρατιωτικοί ερευνητές ήταν οι πρώτοι που χρησιμοποίησαν τους ημιαγωγούς για να δημιουργήσουν ασφαλή, ταχύτατα και αποτελεσματικά συστήματα επικοινωνίας. Αυτό ήταν το πρώτο βήμα για τη στρατιωτική χρήση των ημιαγωγών σε πραγματικό χρόνο, καθώς επηρεάζει την καθημερινότητά μας με τρόπους που δεν καταλαβαίνουμε πολλές φορές. Κλείνοντας, θα ήθελα να ευχαριστήσω όσους μπήκαν στον κόπο να διαβάσουν το συγκεκριμένο άρθρο και να ενημερώθηκαν έστω και λίγο για το θέμα. Υπάρχει ένα απίστευτο βιβλίο το Chip War του Chris Miller. Ευχαριστώ τον άνθρωπο που μου το πρότεινε. Θα υπάρξει 2ο άρθρο που να εξηγεί τον εμπορικό και τεχνολογικό πόλεμο μεταξύ των ΗΠΑ-ΚΙΝΑ σχετικά με τους επεξεργαστές και τα fabs.
Πηγή κεντρικής φωτογραφίας: Freepik
