Переход транзисторов: Хронология истории транзисторов

Даже если вы не являетесь электроинженером, скорее всего, вы все равно любите технологии и все, что они предлагают, будь то для работы или удовольствия. Мы все поглощаемся ажиотажем, когда выходит новый процессор и слышим вещи вроде того, как Intel использует 14-нанометровую (нанометр) технологию и имеет более миллиарда транзисторов из графена. Но что именно представляет собой эта технология и для какого устройства?

Возвращение к основам

Насколько сложным может быть мир инженерии, понимание того, что такое транзистор, может быть удивительно простым. Это просто переключатель, который позволяет току проходить через него или нет. Говоря на языке цифр, это переводится как 1 или 0, включено или выключено.

Это постоянное колебание между состояниями включено и выключено - вот что питает сегодняшние компьютеры, включая все ваши игры, аппаратное обеспечение и все остальное, что взаимодействует с процессом. Но это понимание - только начало того, что составляет скрытый мир этой технологии. Давайте погрузимся глубже.

FET - Полевой Транзистор

Полевой транзистор состоит из трех основных компонентов - Затвора, Стока и Истока. Когда к затвору прикладывается напряжение, оно создает путь в виде электрического поля для потока электронов (также известного как ток). MOSFET или Металл-Оксид-Полупроводниковые Полевые Транзисторы являются наиболее популярными типами, так как они обладают высоким входным импедансом и низким выходным импедансом. И поскольку они управляются напряжением, они намного быстрее своих братьев, управляемых током BJT, что делает их идеальными для логики.

BJT - Биполярный Переходной Транзистор

Биполярный переходной транзистор также состоит из трех основных частей - Базы, Эмиттера и Коллектора. Когда к базе прикладывается небольшой ток, через нее может течь больший ток. Существует два типа BJT - NPN и PNP, где N и P относятся к полупроводникам типа N и типа P. Полупроводники типа N используют электроны в качестве основных носителей, а полупроводники типа P используют дырки.

Рождение и Рост Транзистора

Транзистор был изобретен Уильямом Шокли, Уолтером Хаузером Браттейном и Джоном Бардином, которые работали в лабораториях Bell еще в 1947 году. Это изобретение является одним из самых важных в истории человечества и знаменует рождение современных технологий.

Технологии развиваются стремительно, и с первого транзистора в 1947 году мы быстро перешли к первой интегральной схеме (ИС) в 1958 году, а затем к первому микропроцессору в 1971 году. Первым микропроцессором был Intel^® 4004, который содержал 2,300 транзисторов и был размером с маленький ноготь. Отсюда мы перешли только к улучшению устройств. Вероятно, вы слышали о законе Мура, но давайте еще раз его упомянем:

«Количество различных транзисторов, вмонтированных в чип, примерно удваивается каждые 24 месяца.»

Как видно из инфографики выше, мы постоянно уменьшали размер транзистора с момента его создания. Но кажется, что в последнее время мы пришли к застою. Мы все еще можем уменьшать размеры, но мы подходим к физическому пределу. Вы, возможно, слышали о конце эры кремния и кремниевых транзисторов, но это тема для другого разговора.

Мы смогли улучшить их и увеличить их количество, двигаясь вверх, а не наружу. Современные процессоры перешли от 2D планарных к 3D тригейт транзисторам. Intel ввела их в своей 22-нм технологии. Благодаря этим новым достижениям, процессоры стали быстрее и в то же время потребляют гораздо меньше энергии, что отлично подходит для мобильных устройств.

Что принесет будущее

Хотя может показаться, что прогресс в миниатюризации транзисторов замедляется, это не означает, что эра транзисторов подходит к концу. Как однажды сказал сооснователь Intel, Гордон Мур - "Что может быть сделано, то может быть превзойдено." Этот принцип никогда не был более актуален для проектирования электроники, поскольку мы переходим к связанному будущему, где повседневные продукты разрабатываются с новым уровнем автоматизации, интеллекта и гибкости. В основе этого изменения находится Altium Designer^®, который поддерживает самые современные технологии высокоскоростного проектирования и жестко-гибких технологий.