Kirándulás a chipek belsejébe, avagy hogyan lehet több milliárd tranzisztort elhelyezni egy körömnyi nagyságú területen?
Május 16-án Kálmán Sándor chip tervező mérnök tartott előadást elsősorban informatikusok számára a Miskolci Egyetemen. Kálmán Sándor 1971-ben szerzett gépészmérnöki diplomát (GAM) az akkori Miskolci Egyetemen. A fejlesztő mérnöki munka mellett esti szakon félvezető technológiából kapott diplomát a Berkeley Egyetemen. Ezt követően a Szilícium Völgyben dolgozott a chip tervezés területén többek között az NCA és a Xilinx Corporation cégeknél. A pályafutása során 22 elfogadott szabadalom kidolgozásában működött közre.
Az előadás során a legalapvetőbb informatikában használatos eszközökről esett szó, ilyen a chip vagy a tranzisztor. A chip szó szerinti fordításban szilánkot jelent, azonban az informatikában áramköri lapkát, integrált áramkört értünk alatta. Az első integrált áramkör prototípusát Jack Kilby amerikai fizikus, a Texas Instruments mérnöke készítette 1958-ban. Gyakorlatilag ennek a tárgynak tulajdonítható az 1980-as évek végén megkezdődött technikai forradalom. A tranzisztorral kapcsolatosan is sor került egy rövid ismertetésre. A tranzisztor egy elektronikusan vezérelt kapcsoló, melynek feltalálása William Bradley Shockley, Walter Brattain, John Bardeen amerikai fizikusokhoz, feltalálókhoz köthető.
A Szilícium-völgy kapcsán szóba került Gróf András István neve, aki az Intel társalapítója, a cég felemelkedésének egyik meghatározó személye. 1979-ben a Szilícium-völgy – mely egyébként nevezhető az informatikusok, mérnökök Hollywoodjának is – lakossága másfél millió fő volt, most majdnem 9 millió főt tesz ki a lakosság e területen. A Szilícium-völgynek egyébként nincs sok köze a szilíciumhoz csak annyi, hogy a chipek alapanyaga a szilícium.
Mindezek után Kálmán Sándor mérnök úr a chip felépítéséről, működéséről kezdett el mesélni a hallgatóság számára. Tipikus része a chipnek a tranzisztor, ami egy elektronikus kapcsoló, amihez három vezeték csatlakozik. Kétféle tranzisztor van, az egyik a kikapcsolt állapotban lévő tranzisztor. A tranzisztornak van egy kapu részegysége, mely ha nulla állásban van, akkor áram nem tud rajta átfolyni, ha viszont be van kapcsolva, akkor áram át tud folyni rajta. Másik tranzisztor az pedig az a fajta tranzisztor, ami alapállapotban be van kapcsolva.
A közönség megtudhatta, hogy 500 GHz-en lehetett hajtani a tranzisztort, azaz 500 milliárdszor lehetett ki és bekapcsolni másodpercenként. Ez óriási szám ahhoz képest, hogy a számítógépek jelenlegi processzorai 2-3 GHz frekvencián dolgoznak. Természetesen ez óriási hőt is termelt, így hűteni kellett 4,5 Kelvin fokon. A tranzisztorokat nem lehet túlhajtani, mert a hő, ami keletkezik az a frekvenciától, a kapacitástól is függ. Ha csökken a tranzisztor mérete azáltal gyorsabb is lesz, ráadásul többet is elhelyezhetünk egymás mellett, azonban ilyenkor a termelt hő mennyisége növekszik, amit kezelni kell.
Természetesen a gyártás során problémák is előjöhetnek, ilyen az anyaghiba, szennyeződés, zárlat, vezetékezéssel kapcsolatos problémák. Azonban szennyeződést az ember is okozhat, percenként százezer 3 tized mikronnál nagyobb szennyező részecskét bocsát ki az ember. Ezért a gyáraknak minimálisra kellett csökkenteni az ember okozta szennyezést.
Végül, de nem utolsó sorban a startup cégekről, a legnagyobb processzor gyártóval kapcsolatos érdekességekről esett szó. A startup vállalatok beakartak szállni a chipgyártásba. Érdekesség, hogy 2000-ben kétszáz cég jelezte érdeklődését a chipgyártás iránt. 2011-es év volt az utolsó, amikor egy startup cég előjött azzal az ötlettel, hogy chipeket szeretne gyártani.
Az előadás lezárásaként a tranzisztorok számával kapcsolatosan érdekes adatok hangzottak el. Egy Intel processzor tranzisztorainak száma 2016-ban 30 milliárd volt, s 10 éven belül a vállalat eléri a 100 milliárdot. A 100 milliárd egy érdekes szám, hiszen az emberi agy neuronjainak a száma is körülbelül ennyi.
