Bóng bán dẫn góp tay viết sử con người

Bóng bán dẫn góp tay viết sử con người

ICTnews - Bóng bán dẫn, nền tảng của thế giới số hiện nay, vừa kỷ niệm 60 năm ngày ra đời.

60 năm và 205 triệu lần

Bóng bán dẫn là những thành phần chính của các bộ vi xử lý, một thiết bị cần thiết trong nhiều sản phẩm mà chúng ta sử dụng hàng ngày như ti vi, xe hơi, đài, thiết bị y tế, các thiết bị điện tử nhà riêng, máy tính và cả những con tàu vũ trụ.

Trong khi chiếc đài bán dẫn đầu tiên chỉ có 4 bóng bán dẫn và con chip máy tính đầu tiên của Intel – bộ não của chiếc máy tính PC chỉ chứa 2.300 bóng bán dẫn - thì con chip mới nhất của Intel dựa trên quy trình sản xuất 45 nm được giới thiệu vào tháng 11/2007 chứa tới 820 triệu bóng bán dẫn, tức là tăng gấp 205 triệu lần so với thủa khai sinh.

Vậy bí mật thành công của bóng bán dẫn là gì? Nó liên tục trở nên nhỏ bé hơn, nhanh hơn và có hiệu suất sử dụng năng lượng cao hơn sau mỗi một thế hệ. Các kỹ sư của Intel gần đây đã giới thiệu những loại vật liệu mới trong công thức silicon của mình cùng quy trình sản xuất mới để tạo ra những con chip mới sáng tạo dựa trên vi kiến trúc Intel Core, trong đó sử dụng những mạch điện 45 nm mới của Intel (chúng nhỏ đến mức 300 chiếc bóng bán dẫn như vậy có thể được gói gọn trong một tế bào máu của con người).

Bật hay Tắt

Sự sáng tạo ra bóng bán dẫn trong hai tháng cuối năm 1947 có thể là phát kiến quan trọng nhất của thế kỷ 20. Tất nhiên, ảnh hưởng của nó đối với cuộc sống hàng ngày trong các thế kỷ 20 và 21 không hề được đánh giá quá mức. “Con bọ”, theo cách gọi trìu mến của những tay chơi đồ điện tử, được sử dụng lần đầu tiên trong khuếch đại các tín hiệu âm thanh. Chính bởi vì điều này, thiết bị xách tay vô tuyến đầu tiên của thập kỷ 50 được biết đến như là những chiếc đài sử dụng bóng bán dẫn (đài bán dẫn). Nhưng trong dài hạn thì ứng dụng quan trọng nhất của bóng bán dẫn lại là ở vai trò của một công tắc đóng mở trong mạch điện tích hợp (IC), được biết đến nhiều hơn dưới dạng các con chip.

Nhờ vai trò như là một công tắc bé xíu, hàng trăm triệu chiếc bóng bán dẫn cùng nằm trong những con chip cấu thành trái tim của những thiết bị điện tử mà con người sử dụng hàng ngày, như là máy PC, máy tính xách tay và máy chủ, ĐTDĐ, lò vi sóng, xe hơi... Không một con chip nào có thể hoạt động mà không có bóng bán dẫn, và không một chiếc máy tính nào có thể hoạt động mà không có chip, điều đó làm cho bóng bán dẫn có một vai trò không thể thiếu trong những tiến bộ công nghệ trong 60 năm qua.

Một điều thú vị là, về cơ bản bóng bán dẫn không làm gì nhiều hơn một công tắc bóng đèn thông thường: đó là bật hoặc tắt. Vị trí Bật của bóng bán dẫn được biểu thị bằng số ‘1’, còn vị trí Tắt được biểu thị bằng số ‘0’. Một số lượng lớn các bóng bán dẫn phát ra các số 1 và số 0  mà máy tính sử dụng để tính toán, xử lý ký tự, phát đĩa DVD và hiển thị hình ảnh.

Việc phát minh ra bóng bán dẫn thuộc về ba cộng sự tại Bell Lab: John Bardeen, Walter Brattain và William Shockley, những người đã được trao tặng giải Nobel về Hóa học cho phát minh của họ vào năm 1956. Cái tên bóng bán dẫn được John R. Pierce nghĩ ra, đó là một nhà nghiên cứu tại Phòng thí nghiệm Bell Telephone Laboratories nổi tiếng. Vào tháng 5/1948, ông đã giành được giải thưởng của phòng thí nghiệm về cái tên hấp dẫn cho một phát minh mới chỉ có 6 hoặc 7 tháng tuổi ở vào thời điểm đó. Thế giới là một tổ hợp của “sự dẫn nạp” (sự truyền tải của một điện tích) và ‘những điện trở biến đổi’ hay ‘biến trở’.

Bardeen và Brattain đã xây dựng thành công bóng bán dẫn tiếp xúc điểm đầu tiên vào tháng 12/1947, trong đó dòng điện trong bóng bán dẫn được truyền dọc theo bề mặt của chất bán dẫn điện. Bóng bán dẫn sau đó khuếch đại tín hiệu điện được chuyển qua nó. Trong những giai đoạn ban đầu của việc sử dụng bóng bán dẫn, ứng dụng chính là để khuếch đại tín hiệu điện theo một cách thức có hiệu quả cao hơn so với việc sử dụng những ống chân không (đèn điện tử) lớn và cồng kềnh được sử dụng ở thời điểm đó.

Để việc phát triển bóng bán dẫn có tốc độ càng cao càng tốt, Bell Labs đã quyết định cung cấp công nghệ bóng bán dẫn theo bản quyền. 26 công ty, bao gồm cả IBM và General Electric, đã mua giấy phép, mỗi công ty trả 25.000 USD. Nhưng để công nghệ bóng bán dẫn trở nên thành công về mặt kinh doanh, nó sẽ phải thu hút được sự quan tâm của số đông. Nhờ chiếc đài bán dẫn, điều đó đã trở thành sự thực. Mô hình đầu tiên của chiếc đài bán dẫn được giới thiệu vào tháng 10/1954 chứa 4 chiếc bóng bán dẫn. Chiếc đài bán dẫn xách tay có nghĩa là con người có thể nghe được âm nhạc và thông tin ở bất cứ đâu. Nhờ khả năng xách tay của chiếc đài, một cuộc cách mạng về âm nhạc đã ra đời – nhạc rock ‘n’ roll.

Trong những thập kỷ vừa qua, bóng bán dẫn và chip đã liên tục mang lại công suất xử lý lớn hơn với mức chi phí thấp hơn. Điều đó đã minh chứng động cơ cuối cùng cho việc tự động hóa nền kinh tế toàn cầu. Nhưng con chip và máy tính vẫn còn cả một quãng đường dài phía trước. Theo thời gian, máy tính đã phát triển thành một công cụ thi hành tuyệt vời những mệnh lệnh do con người đưa ra. Nó in ra những bức thư, gửi e-mail, xử lý những tác vụ tính toán trong bảng tính và phát các bộ phim. Trong tương lai, máy tính được kỳ vọng là sẽ trở thành những cố vấn cho con người; nó sẽ học từ những ứng xử của chúng ta và thích ứng bản thân nó một cách phù hợp. Những bước dự định đầu tiên theo hướng này có thể được nhìn thấy trên những trang web lấy người tiêu dùng làm trung tâm như là Amazon và iTunes. Chúng đưa ra những khuyến nghị cho người tiêu dùng về những nội dung mua sắm khác dựa trên ứng xử mua hàng của chính người tiêu dùng.

Công suất tính toán ngày càng cao là kết quả của định luật Moore cũng cho phép loài người giải quyết những vấn đề của thời đại có tầm ảnh hưởng lớn hơn như khí hậu, bệnh tật (di truyền), chăm sóc sức khỏe với giá cả hợp lý, làm sáng tỏ những bí mật về gen. Cách thức theo đó và tốc độ với nó những vấn đề đó đang được nghiên cứu hiện nay là không thể tưởng tượng được ở vào thời điểm 5 năm về trước. Các ứng dụng này làm thay đổi cuộc sống và duy trì cuộc sống. Công suất xử lý càng cao trong các máy tính và chip thì những kết quả của những nghiên cứu này càng lớn và là hết sức cần thiết đối với loài người. Một thập kỷ mới của định luật Moore đã hiện ra.

Quang Đức

• Đọc toàn bộ bài viết trên báo Bưu điện Việt Nam số cuối tháng 12/2007