Izumitelj_mikrocipa

Tekstilno-tehnološki fakultet

u Zagrebu

IZUMITELJ MIKROČIPA

Seminarski rad

Petra Rodin

Zagreb, svibanj 2011.

Seminarski rad Izumitelj mikročipa

Sadržaj

1. UVOD.....................................................................................................................................3

2. IZUM MIKROČIPA...............................................................................................................4

3. SUDSKI SPOR S ROBERTOM NOYCEOM.......................................................................6

4. NOBELOVA NAGRADA......................................................................................................7

5. RAZVOJ MIKROČIPOVA....................................................................................................7

5.1. SSI....................................................................................................................................7

5.2. MSI..................................................................................................................................8

5.3. LSI....................................................................................................................................8

5.4. VLSI.................................................................................................................................8

5.5. ULSI (WSI, SOC i 3D-IC)...............................................................................................9

6. LITERATURA.....................................................................................................................10

2


1. UVOD

Rijetki su oni koji su se nekad zapitali tko je zaslužan za svijet tehnologije kakav

danas poznajemo i koji svakim danom postaje sve kompleksniji. Naravno, postoji nemali broj

osoba koje su pridonijele razvoju tehnologije, no samo jedna se izdiže iznad svih - Jack Kilby,

tvorac i začetnik svijeta tehnologije kakvu danas poznajemo. U daljnjem dijelu rada biti će

prikazan njegov rad kao i zasluge koje mu i dan danas pripisujemo.

3


2. IZUM MIKROČIPA

Jack Kilby rođen je u Jefferson Cityu u Missouriju 1923. godine. Uzor mu je bio otac,

koji je bio elektroinženjer pa se sukladno tome i sam počeo baviti električnom energijom. Već

1947. godine Jack Kilby diplomira elektroinženjerstvo na University of Illinois, zapošljava se

u CentraLabu, tvrtki koja se bavila proizvodnjom električnih uređaja poput televizora, radio

aparata i sl. Kilby je radio na području minijaturizacije elektroničkih komponenti koje su u to

vrijeme bile krajnje nezgrapne, skupe i nepraktične.

Godine 1952. Kilby odlazi na

simpozij o tranzistorima i radi sa

germanijskim tranzistorima. Otkriva se

kako je silicij puno bolji materijal od

germanija za izradu tranzistora te Kilby

prihvaća tu ideju. Međutim, tvrtka

CentraLab ne prihvaća silicij i tu dolazi do

prijelomnog trenutka. 1958. godine Kilby

odlazi iz CentraLaba te dobija posao u

laboratoriju tvrtke Texas Instruments u

Slika 2.1. Jack Kilby

novoj zgradi Semiconductor Building, opremljenoj najmodernijom opremom tada dostupnom

znanstvenicima. Kilby je svoju ideju minijaturizacije upravo tu počeo provoditi u praksu.

Texas Instruments je već imao prototip Micro Modulea – sklopa u kojem su minijaturizirane

komponente bile postavljene vertikalno jedna iznad druge. Kilby je pomišljao kako bi

horizontalna struktura bila puno bolje rješenje te je počeo sa radom. Iz prototipa Micro

Modulea su virile žice, budući su komponente bile postavljene na, po Kilbyu, vrlo loš način.

Htio se riješiti žica, odnosno sve komponente je htio spojiti unutar modula.

Zanimljiv je i način na koji je Kilby stvorio prvi integrirani sklop. Naime, kao

pripravnik Kilby nije dobio pravo koristiti kolektivni godišnji odmor u kolovozu 1958. te je

iskoristio to vrijeme bez pritiska nadređenih i ograničenja projektnih zadataka za kreativan

rad, odnosno, pronalazak načina za spajanje više poluvodičkih elemenata na istom komadu

4


silicija. Time je razvio prvi integrirani krug i omogućio revoluciju u razvoju čipova koje smo

još uvijek svjedoci.

24.06.1958. Kilby u svoj dnevnik zapisuje Monolitnu ideju – Ukoliko su elementi koji

čine integrirani krug (otpornici, kondenzatori, diode itd.) načinjeni od istog materijala, oni

mogu biti integrirani u jedan čip. Par mjeseci nakon toga, proizveo je prototip veličine

spajalice za papir a ubrzo i demonstrirao svoj uradak čelnim ljudima tvrtke Texas

Instruments. Činio ga je komadić germanija iz kojeg su vodile žice a sve je bilo spojeno na

staklenoj podlozi – kad je Kilby okrenuo prekidač, na osciloskopu se pojavila konstantna

sinusoida. Bio je to krajnje jednostavni uređaj koji je prije gotovo 50 godina doveo do

revolucije industrije i svijeta općenito.

Slika 2.2. Prvi integrirani sklop

Postavlja se pitanje kako se to sve razvilo do današnjih proporcija. Tada je glavninu

elektroničke industrije sačinjavala uporaba elektroničkih cijevi – prethodnica današnjih

tranzistora. Razvojem tranzistora se uklonila i potreba za masivnim i nezgrapnim rješenjima

hlađenja cijevi, bili su jeftiniji i efikasniji, te što je najvažnije – bili su pouzdani. Inženjeri su

na osnovi tranzistora gradili ogromne i složene uređaje koji su na žalost u cijelosti ipak bili

nepouzdani bez obzira na tranzistore. Komponente su i dalje morale biti povezane žicama,

spojevima koji su bili lemljeni u grane od po više desetaka pa i stotina komponenti što je

činilo neki uređaj. Kilby je izumom integriranog kruga tome stao u kraj i omogućio

revoluciju. Došao je na ideju korištenja poluvodiča kao "građevnog" materijala za sve

komponente koje bi došle u taj krug. U djelu "Izum integriranog kruga", Kilby je 1976.

5


godine zapisao: "Pasivni dijelovi (kondenzatori, otpornici) mogu biti izgrađeni od istog

materijala kao i aktivni dijelovi (tranzistori) a ako je tako onda mogu biti izrađeni in situ te

povezani da tvore integrirani krug."

Uređaj kojim je započela revolucija a industrija prestala biti skeptična je bio obični

džepni kalkulator (digitron) kojeg je također stvorio Kilby i time demonstrirao pravu moć

integriranih krugova.

3. SUDSKI SPOR S ROBERTOM NOYCEOM

Od 1962. do 1969. godine trajao je mukotrpan sudski spor između Texas Instrumentsa

i National Semiconductora. Spor je nastao jer je i Robert Noyce iz National Semiconductora

htio patentirati uređaj vrlo sličan Kilbyevom, nakon što je Kilby sa Texas Instruments

patentirao integrirani krug. Spor je, na žalost Texas Instrumentsa dobio National

Semiconductor, no na razvoj tehnologije i industrije elektronike to nije imalo utjecaja budući

su proizvođači plaćali i jednoj i drugoj tvrtki naknadu za korištenje tih krugova. Kilby zajedno

sa Noyceom dobija Nacionalnu medalju za znanost. Za razliku od Noycea, Kilby se nikad nije

obogatio. Nemavši afinitete za menadžment, karijeru je proveo kao istraživač i inženjer, a u

kasnijim godinama i kao profesor Sveučilišta u Texasu.

1970. godine Kilby napušta Texas Instruments i počinje raditi samostalno te postaje

profesor na teksaškom A&M sveučilištu gdje do 1985. godine predaje elektroinženjering.

1982. godine Kilby je uvršten u National Inventors Hall of Fame zauzevši mjesto pored

Henrya Forda, Edisona i braće Wright. Kilby je za svoga života patentirao više od 60 patenata

a posebno je istraživao i korištenje poluvodiča za dobivanje električne energije iz sunčeve

svjetlosti.

6


4. NOBELOVA NAGRADA

Jack Kilby je 2000. godine dobio

Nobelovu nagradu za fiziku čime je

nagrađen njegov rad kojim je promijenio

svijet tehnologije. Njegov izum iz 1958.

godine danas ima tržište vrijedno preko

250 milijardi američkih dolara godišnje, a

elektronički proizvodi čine tržište

vrijednosti više od 1500 milijardi

američkih dolara. Slika 4.1. Jack Kilby prima Nobelovu

nagradu

Jack Kilby, poznat i kao "otac mikročipa", umro je u Dallasu 20. lipnja 2005. godine

nakon kratke borbe s rakom u 81. godini. Danas, nakon što nas je napustio taj čovjek velikog

uma i velikih ideja, možemo samo obećati sami sebi da ćemo ga se barem podsvjesno sjetiti

svaki puta kada upalimo svoj player, svoj mobitel, televizor i sve ostalo bez čega suvremeni

život ne bi bio moguć.

5. RAZVOJ MIKROČIPOVA

Prvi integrirani sklopovi sadržavali su samo nekoliko tranzistora i zvali su se SSI –

„Small –Scale Integration“ i primjer takvih ranih integriranih sklopova su Plessey SL 201 i

Philips TAA 320 koji su imali samo dva tranzistora. Pojam visoke integracije prvi je koristio

IBM – ov znanstvenik Rolf Randauer, koji je opisivao koncept tih sklopova. Tako su nastali

pojmovi:

5.1. SSI

SSI sklopovi su bili krucijalni za rane svemirske projekte, npr. Program Appolo,

zahtijevali su vrlo lagana digitalna računala za inercijski sistem navođenja.

7


Za program Appolo kupljeni su na tržištu svi dostupni integrirani sklopovi od 1960. –

1963. godine te tako ispunili zahtjev koji je omogućio poboljšanje tih sklopova, tako je cijena

sa 1000$ po sklopu pala na samo 25$ po sklopu. SSI su se počeli početkom desetljeća

prodavati na tržištu i primjer takvih uređaja bio je televizor. Idući korak u razvitku

integriranih sklopova dogodio se krajem 1960-ih, kada su predstavljeni uređaji koji su

sadržavali stotine tranzistora na jednom čipu; nazvani su MSI sklopovi.

5.2. MSI

MSI – „Medium – Scale Integration“ bili su ekonomski isplativiji od SSI sklopova jer

ih je bilo lakše proizvesti te su otvorili put razvitku kompleksnijih uređaja. Daljnjim

razvitkom znanosti, sredinom 1970-ih razvili su se LSI sklopovi.

5.3. LSI

LSI – „Large – Scale Integration“ sklopovi koji su sadržavali i do 10 000 tranzistora

po sklopu. Primjeri takvih sklopova su bili 1K-bit RAM, kalkulatorski čipovi te prvi

mikroprocesori. Prvi LSI sklopovi sa 10 000 tranzistora razvili su se oko 1974. godine, koji su

najvažniji za memoriju računala i razvitak druge generacije mikroprocesora. Konačni korak u

razvitku integriranih sklopova koji je počeo 1980. i traje sve do danas sa VLSI sklopovima.

5.4. VLSI

VLSI – „Very – Large – Scale Integration“ sklopovi počeli su sa stotinama tisuća

tranzistora na jednom čipu i nastavilo se do danas sa preko milijun tranzistora na jednom čipu.

Energetski isplativiji CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor) zamijenio je

NMOS (Metal – Oxide – Semiconductor Field Effect tranzistor) i PMOS način izrade

(Personal Mobile Operating System) izbjegavši time povećano trošenje energije. 1986.

Godine predstavljeni su prvi megabitni RAM čipovi, koji su sadržavali više od milijun

tranzistora.

8


2007. godine predstavljeni su mikroprocesori, koji sadrže i do desetke milijuna

tranzistora. Kako bi se unaprijedio daljnji razvoj i kompleksnost integriranih sklopova,

pojavio se ULSI sklop.

5.5. ULSI (WSI, SOC i 3D-IC)

ULSI – „Ultra – Large Scale - Integration“ sklop sadržavao je čipove sa preko milijun

tranzistora. Wafer – Scale Integration (WSI) je sistem izgradnje ULSI sklopova, koji koristi

cijelu silikonsku pločicu za proizvodnju jednog „super čipa“. WSI sklop će ubuduće smanjiti

cijene za neke sustave, osobito za paralelna super računala.

Slika 5.1. WSI super čip

System – on – a – chip (SoC ili SOC) je integrirani sklop u kojem su sve komponente

potrebne za računalo i druge sustave sadržane u jednom čipu. Izrada takvog uređaja je skupa i

kompleksna, izgradnja neusklađenih komponenata na jednom čipu može umanjiti efikasnost

nekih elemenata. THREE – Dimensional Integrated Circuit (3D-IC) ima dva ili više sloja

aktivnih elektroničkih komponenata koji su integrirani na jedan sklop vertikalno i

horizontalno. Upotreba kratkih vertikalnih veza drastično utječe na smanjenje ukupne dužine

signala za brže prenošenje informacija.

9


6. LITERATURA

http://en.wikipedia.org/wiki/Jack_Kilby

http://en.wikipedia.org/wiki/Integrated_circuit

http://www.bug.hr/vijesti/nobelova-nagrada-nakon-40-godina/38137.aspx

10

http://www.bug.hr/vijesti/nobelova-nagrada-nakon-40-godina/38137.aspx

http://en.wikipedia.org/wiki/Integrated_circuit

http://en.wikipedia.org/wiki/Jack_Kilby

Documents

Izumitelj_mikrocipa