Вікіпедія повідомляє, що мікросхема — це матеріальне втілення електричної схеми, яке виконує певну функцію. Це формулювання також підходить до чипів — маленьких пласких шматочків, на поверхні яких, власне, й відбувається весь процес.

Отже, мікросхема обробляє інформацію, виражену в одиничках та нулях. Вона працює на основі транзисторів — радіоелектронних напівпровідникових елементів, які керують вхідним струмом. В одній мікросхемі вміщується до мільярда транзисторів, що дарує людству великі обчислювальні потужності. На мікросхемах побудовано сучасні комп’ютери, смартфони й всю розумну електроніку.

Аби відчути всю магію мікропроцесорної техніки, подивіться відео нижче, у якому лінзи мікроскопа відкривають нам дивовижний світ чипів:

Як це диво працює?

Ми вже сказали, що мікросхеми є основою усіх гаджетів навколо нас, а отже, технологія досить масова. В їхній основі лежить спеціальний матеріал — монокристалічний кремній. На ньому інженери формують мікросхеми з електронних компонентів: резисторів, транзисторів і конденсаторів.

Аби уникнути халеп, мікросхемі потрібен діелектрик для ізоляції транзисторів один від одного і металеві провідники для з’єднання. Простіше кажучи, транзистор перетворює вхідний струм і передає інформацію у вигляді 0101010 000111 10010101 тощо.

У сучасних мікросхемах на одному кристалі кремнію розташовано мільярди транзисторів, тому розміщує їх комп’ютер, а не людина.

Кристали для мікросхем вирощують у спеціальний спосіб: до сплаву кремнію кладуть невеликий шматочок самого кремнію, і повільно його обертають, доки не почне застигати. З цього виходить циліндр монокристалічного кремнію, який нарізають на кілька пластин. До кремнію додають атоми різних елементів, формуючи ключовий елемент транзистора – p-n-перехід. Плівка з оксиду кремнію ізолює транзистори, а металеві розв’язки з’єднують їх між собою.

Мікросхема popierdolielo.

Головне завдання мікросхеми — швидке і правильне обробляння інформації. 

Ми вже сказали, що мікросхеми виконують обчислювальні функції. Вони обробляють нулики та одинички, трансформуючи їх в електричні сигнали, і навпаки. З мікросхем створено різні пристрої — від датчиків руху до засобів машинного зору і розумних пилотягів.

А що таке закон Мура?

Засновник корпорації Intel Гордон Мур обчислив, що кількість транзисторів на монокристалі подвоюється що два роки. Це відбувається завдяки зменшенню самих транзисторів, однак у цього процесу є межа, яку рано чи пізно доведеться перетнути. Проблема: ми не знаємо, як це зробити.

Збільшення кількості транзисторів у часі. Кількість подвоюється що 2 роки.

Виробництво центральних процесорів, що всередині наших пристроїв, має обмеження. Річ у тім, що загальна обчислювальна потужність зростає, якщо розподіляти завдання між ядрами процесора. Логічне рішення — створення багатоядерних процесорів — дозволило зробити ривок у мікроелектроніці 10 років тому, коли Intel представила двоядерний процесор Core Duo. Усі ми пам’ятаємо той момент, коли GTA San Andreas перестала лагати.

Утім, цей же закон вводить обмеження на зростання продуктивності від цієї багатоядерності.

Загрозу вбачають у тому, що на тлі стрімкого зростання технологій мікросхем попередні технології будуть занадто швидко і «штучно-примусово» застарівати. Через токсичні матеріали, які використовують у виробництві сучасних комп’ютерів, надмірний моральний знос без розумного регулювання має шкідливий вплив на довкілля і може призвести до біди.

Світова мікроелектроніка, дотримуючись закону Мура, дотепер завжди спростовувала побоювання інженерів, що ми ось-ось впремося в нездоланні фізичні обмеження, після яких галузь або застрягне назавжди, або муситиме перейти на принципово нові матеріали та технології.

Утім, на те виглядає, що реальним гальмом буде ефект глобального насичення: ніхто не мінятиме потужності частіше, аніж шини на авто. Виробникам доведеться шукати нові шляхи просування інновацій на ринок.

Публіцист, інженер сонячних панелей. Пишу про суспільство, екологію та енергетику.

Підтримайте Токар
50 грн.

10% середньостатистичної статті,
або ж пів дня роботи нашого сервера

Підтримати
Ось вона, нагода стати причетним до розвитку незалежних медіа!
Коменти
Oleh

Цікаво було б побачити, як воно працює…

Vitalii

Цікаво ,нова парадигма змінить стан речей

Валерій

Було цікаво читати.