procesor-intelMicroprocesoarele contin milioane de tranzistori. Cu cat numarul lor este mai mare, cu atat microprocesorul este mai puternic – si dau cercetatorilor mai multe batai de cap.

Chimia ne-a dat tranzistorii acum 60 de ani. Banalul tranzistor a fost intr-o permanenta evolutie inca de la inventarea lor, iar astazi, inca o data, chimia trebuie sa rezolve din nou noile probleme intampinate.

In principiu, tranzistoarele pot face doua lucruri. Primul lucru este amplificarea, dar adesea, sunt folosite ca simple intrerupatoare: cand sunt deschise, tranzistorul completeaza circuitul si lasa curentul sa curga; cand sunt inchise, blocheaza calea curentului electric.

Un singur tranzistor nu foloseste prea mult cand e vorba de microprocesoare. Dar grupand mai multe tranzistoare impreuna, microprocesorul poate manipula „cantitati” enorme de date, si asta, la viteze foarte mari.

Tranzitorii sunt realizati din siliciu sau germaniu. Oamenii de stiinta pot regla conductivitatea semiconductorului prin adaugarea unei anumite cantitati de impuritati. Siliciul, semiconductorul folosit astazi in tranzistoare, este unul din cele mai prezente elemente de pe Pamant. 25,7 % din crusta este siliciu si este ingredientul principal in nisip.

Primul tranzistor nu a fost realizat din siliciu, ci din germaniu. A fost realizat in 1947 de Bell Labs.

Germaniul nu s-a dovedit a fi ideal pentru realizarea tranzistorilor datorita unor probleme precum costul ridicat si resurse scazute. O alta mare problema este ca oxidul de germaniu era solubil in apa si se putea dizolva in procesul de fabricatie a mai multor tranzistori pe un singur cip.

Ken David, directorul grupului de cercetare a componentelor de la Intel a spus: „Era prea greu de lucrat cu germaniul, asadar a trebuit sa trecem pe siliciu”.

Primul microprocesor, Intel 4004, realizat in 1971 continea 2.300 de tranzistori. Astazi, microprocesoarele au cateva sute de milioane de tranzistori. Cu cat sunt mai multi tranzistori, cu atat microprocesorul va fi mai rapid si mai puternic.

De exemplu, un microprocesor ce functioneaza la o frecventa de 3 GHz poate realiza 3.000.000.000 instructiuni intr-o singura secunda.

Legea lui Moore, numita astfel dupa creatorul si cofondatorul Intel, Gordon Moore, a prezis ca numarul tranzistorilor dintr-un cip se va dubla o data la 2 ani. Predictia sa a ramas intr-un mod suprinzator, corecta. Insa tranzistorii au devenit atat de mici incat marimea lor creeaza probleme serioase de temperatura ridicata si putere. Si pana la urma, nu se poate miniaturiza la infinit.

Pana acum, datorita realizarilor din domeniul chimiei, s-a reusit depasirea acestor probleme, iar „legea lui Moore” a ramas inca corecta.

Punctul unde firele tranzistorilor se atasau la siliciu devenea problematic. Punctele de contact au devenit foarte rezistive, impiedicand trecerea curentului.

Solutia companiei Intel a fost de a schimba metalul si de a continua sa realizeze cipuri tot mai mici. In anii 1980 s-a folosit tungsten-ul, apoi titanium, iar astazi se foloseste nichel-ul, in timp ce firele au fost realizate din cupru. Desi cuprul era un conductor mai bun de electricitate, n-a fost folosit pentru a conecta tranzistorii pentru ca se corodea usor. Inginerii si-au dat seama ca un strat subtire de titanium peste cel de cupru va opri corodarea.

Problemele nu erau doar de natura contactului si a firelor. Tranzistoarele insasi, se bazau pe un strat de dioxid de siliciu pentru a functiona. Devenind tot mai mici, si acest strat a devenit mai mic, ajugand astazi de grosimea a 3-4 atomi.

Desi marimea tranzistorilor a scazut, puterea de consum a crescut. Chiar daca un tranzistor era blocat (oprit), scurgerea de curent nu se oprea, fapt ce duce la incalzirea cipului. Astazi, un procesor consuma aproximativ 100 de wati, dintre care jumate sunt pierderi. Daca pentru calculatoarele tip desktop consumul nu este o problema atat de mare, pentru calculatoarele portabile acest lucru devine o problema majora.

Inca nu se stie ce materiale se pot folosi in locul oxidului de siliciu, insa IBM si Intel, in special, realizeaza cercetari in acest sens.

Va urma…

Cititi si: Microprocesoarele: Siliciu vs. ADN

LĂSAȚI UN MESAJ