Công nghệ điện tử

Ngày nay với tốc độ phát triển mạnh mẽ của điện tử và công nghệ thông tin, hàng loạt các sản
phẩm công nghệ cao đã ra đời. Những thiết bị này đã góp phần nâng cao đời sống cho con người
và chúng có một ý nghĩa lớn trong cuộc cách mạng công nghệ. Tuy nhiên một "thành viên" không
thể không nhắc tới đó là Chip, mặc dù với vẻ bề ngoài có vẻ bé nhỏ nhưng những con Chip lại có
một sức mạnh không hề "nhỏ" chút nào.
IC_Chip_Design
Nếu coi các cỗ máy hiện đại ngày nay như một thực thể sống thì những con Chip bé nhỏ chính là các tế
bào góp phần nuôi dưỡng và duy trì sự sống cho các cỗ máy này.
Bài viết dưới đây sẽ cho chúng ta được biết thêm về lịch sử hình thành và phát triển của những con Chip
đầu tiên của nhân loại.
Năm 1947, J. Bardeen & W. Brattain (AT&T Bell Lab., USA) phát minh ra "Point Contact Transistor" - đây là
một đột phá trong nỗ lực tìm ra thiết bị mới thay cho ống chân không. Dòng điện vào (bên trái hình tam
giác) được truyền qua lớp dẫn điện trên bề mặt bản Germanium và được khuyếch đại thành dòng ra (bên
phải hình tam giác). Sở dĩ thiết bị khuyếch đại dòng điện này có tên là TRANSISTOR vì nó là một loại điện
trở (Resistor) hay bán dẫn có khả năng truyền điện (TRANSfer).
transistor
Năm 1950, W. Shockley (AT&T Bell Lab, USA) phát minh ra transistor kiểu tiếp hợp. Đây là mô hình đầu
tiên của loại bipolar transitor sau này.
transistor
Năm 1958, J. Kilby (Texas Instruments, Mỹ) phát minh ra mạch IC đầu tiên, mở đầu cho thời kỳ hoàng kim
của vi điện tử. Điểm quan trọng trong phát minh của Kilby là ở ý tưởng về việc tích hợp các thiết bị điện tử
(điện trở, transistor, condenser) lên trên bề mặt tấm silicon.
Năm 1959, J. Hoerni và R. Noyce (Fairchild, Mỹ) thành công trong việc chế tạo ra transistor trên một mặt
phẳng silicon. Hình dưới là transistor với cả 3 cực (base, emitter, colector) cùng nằm trên một mặt phẳng.
transistor với cả 3 cực (base, emitter, colector)
Năm 1961, cũng chính J. Hoerni và R. Noyce đã tạo ra mạch flip-flop (với 4 transistor và 5 điện trở) trên
mặt silicon.
Năm 1970, G.-E. Smith và W.-S. Boyle (AT&T Bell Lab., USA) tạo ra mạch CCD 8-bit.
CCD 8-bit
Năm 2004, công ty Intel (Mỹ) chế tạo chip Pentium 4 với trên 42 triệu con transistor.
Pentium 4

Năm 2005, ê kíp liên kết giữa IBM, Sony, Sony Computer Entertainment, và Toshiba giới thiệu chip CELL
đa lõi (multi-core), hoạt động ở tốc độ 4 GHz, đạt tốc độ xử lý lên tới 256 Gflop. Chưa đầy 50 năm kể từ
ngày Kilby đề xuất ra ý tưởng về IC, ngành công nghệ vi mạch đã đạt được những thành tựu rực rỡ. Sự
tăng trưởng ở tốc độ chóng mặt của ngành công nghệ vi mạch là chìa khóa quan trọng bậc nhất trong cuộc
cách mạng công nghệ thông tin hiện nay.
Lịch sử vi
mạch
20/06/2007
Trong lĩnh vực công nghệ thế kỷ 20, có thể nói Điện tử là ngành có ảnh hưởng lớn nhất đối với đời sống
của con người. Điện tử là tivi, là tủ lạnh, là ô tô, là máy tính, là điện thoại di động, là tất cả những gì liên
quan mật thiết tới cuộc sống hiện đại. Sự ra đời của bóng bán dẫn (transistor) đánh dấu cho một kỷ
nguyên công nghệ rực rỡ bậc nhất trong lịch sử loài người.
Những tiến bộ vượt bậc về kỹ thuật thiết kế và sản xuất transistor đã tạo ra cuộc cách mạng trong việc
tạo ra các sản phẩm điện tử nhỏ gọn hơn, mạnh mẽ hơn. Tiếc thay, kỹ thuật sản xuất transistor đã và
đang vượt xa tầm với của ngành Điện tử nước nhà. Phải làm gì để theo kịp công nghệ điện tử của các
nước Mỹ, Nhật Bản, Hàn Quốc, Đài Loan,...? Đó là một câu hỏi lớn cần được chính phủ giải đáp. Trong khi
chờ đợi câu trả lời ở tầm vĩ mô, tác giả mong muốn góp chút gì đó để giới thiệu, mở đường cho những
người quan tâm và yêu thích ngành công nghệ quan trọng bậc nhất này.
Năm 1947, J. Bardeen & W. Brattain (AT&T Bell Lab., USA) phát minh ra "Point Contact Transistor." - đây
là một đột phá trong nỗ lực tìm ra thiết bị mới thay cho ống chân không. Dòng điện vào (bên trái hình
tam giác) được truyền qua lớp dẫn điện (conversion layer) trên bề mặt bản Germanium và được khuyếch
đại thành dòng ra (bên phải hình tam giác.) Sở dĩ thiết bị khuyếch đại dòng điện này có tên là
TRANSISTOR vì nó là một loại điện trở (resistor) hay bán dẫn (semiconductor) có khả năng truyền điện
(Ttransfer).
Năm 1950, W.Shockley (AT&T Bell Lab., USA) phát minh ra transistor kiểu tiếp hợp. Đây là mô hình đầu
tiên của loại bipolar transitor sau này.



Năm 1958, J.Kilby (công ty Texas Instruments, Mỹ) phát minh ra mạch IC (Integrated Circuit) đầu tiên,

mở đầu cho thời kỳ hoàng kim của vi điện tử. Điểm quan trọng trong phát minh của Kilby là ở ý tưởng về
việc tích hợp các thiết bị điện tử (điện trở, transistor, condenser) lên trên bề mặt tấm silicon.
Năm 1959, J.Hoerni và R.Noyce (công ty Fairchild, Mỹ) thành công trong việc chế tạo ra transistor trên
một mặt phẳng silicon. Hình dưới là transistor với cả 3 cực (base, emitter, colector) cùng nằm trên một
mặt phẳng.
Năm 1961, cũng chính J.Hoerni và R.Noyce đã tạo ra mạch flip-flop (với 4 transistor và 5 điện trở) trên
mặt silicon.
Năm 1970, G.E.Smith và W.S.Boyle (AT&T Bell Lab., USA) tạo ra mạch CCD 8-bit.
Cuối năm 1970, J.Karp và B.Regitz (công ty Intel, Mỹ) tạo ra mạch DRAM 1103 với trên 1000 memory
cells.
Năm 1971, M.E.Hoff, S.Mazer, 嶋 正利, F.Faggin (công ty Intel, Mỹ) tạo ra bộ vi xử lý 4004 với trên 2,200
con transistor.
Năm 2004, công ty Intel (Mỹ) chế tạo chip Pentium 4 với trên 42 triệu con transistor.
Cùng năm 2004, Intel tung ra chip Itanium 2 (9MB cache) phục vụ máy chủ, với số transistor lên tới 592
triệu con.
Năm 2005, ê kíp liên kết giữa IBM, SONY, SONY Computer Entertainment, và Toshiba giới thiệu chip CELL
đa lõi (multicore), hoạt động ở tốc độ 4GHz, đạt tốc độ xử lý lên tới 256 GFLOPS.
Chưa đầy 50 năm kể từ ngày Kilby đề xuất ra ý tưởng về IC, ngành công nghệ vi mạch đã đạt được
những thành tựu rực rỡ. Sự tăng trưởng ở tốc độ chóng mặt của ngành công nghệ vi mạch là chìa khóa
quan trọng bậc nhất trong cuộc cách mạng công nghệ thông tin hiện nay.
50 năm mạch tích hợp: nhanh, nhỏ, rẻ hơn

Notebook, điện thoại thông minh, đầu đĩa Blu-ray - những sản phẩm được nhiều người mong
muốn sở hữu hiện nay - có thể sẽ không tồn tại nếu mạch điện tử IC (integrated circuit) không
xuất hiện.
IC không chỉ mở ra ngành điện tử tiêu dùng hiện đại mà còn thúc đẩy lĩnh vực này phát triển với hàng
loạt chip hiệu suất cao, nhỏ và giá rẻ được sản xuất mỗi năm.
Vi mạch điện tử được kỹ sư Jack Kilby thuộc công ty Texas Instruments (Mỹ)
trình diễn cách đây 5 thập kỷ - phát minh giúp ông giành giải Nobel Vật lý
năm 2000. Sản phẩm lúc đó (ảnh) chỉ có một transistor cùng vài bộ phận

khác trên một miếng germani mỏng, trong khi "hậu duệ" của nó ngày nay
chứa hành trăm bóng bán dẫn trên một diện tích chỉ bằng kích thước tế bào
máu.
Thực ra, thiết kế IC là ý tưởng của nhiều kỹ sư vào những năm 50 của thế kỷ
trước. Một trong số đó là Robert Noyce, đồng sáng lập công ty Fairchild. Một
năm sau khi Kilby xây dựng mạch IC, Noyce đăng ký bản quyền cho cấu trúc
bán dẫn tương tự và đến 1960, công ty ông sản xuất mạch tích hợp đầu tiên
trên một miếng silicon (thay vì germanium). Kilby và Noyce về sau đều được
trao Huân chương khoa học quốc gia (Mỹ) và cả hai được coi là đồng phát
minh IC.
Dù mạch tích hợp có những ưu điểm đáng ghi nhận (giá rẻ, cải thiện khả
năng hoạt động của thiết bị), phải khá lâu sau IC mới được đưa vào trong
các ứng dụng thực. Năm 1961, Texas Instruments xây dựng hệ thống có tên
"Molecular Electronic Computer" (máy tính điện tử phân tử) cho Lực lượng
không quân Mỹ và chứng minh 587 IC có thể thay thế 8.500 transistor.
Năm 1962, Texas Instruments giành được hợp đồng thiết kế 22 mạch tùy
biến cho hệ thống điều khiển tên lửa Minuteman I và II. Đây là tên lửa đầu
tiên trên thế giới sử dụng mạch tích hợp và công nghệ bán dẫn.
Đồng sáng lập Intel Gordon Moore cũng đóng vai trò quan trọng trong sự
phát triển IC. Năm 1965, khi còn là giám đốc bộ phận R&D tại Fairchild
Semiconductor, ông viết bản "The Future of Integrated Electronics" (Tương
lai của điện toán tích hợp), dự đoán số thành phần trong mỗi chip đạt 65.000
vào năm đó và sẽ nhân đôi theo từng năm, về sau được biết đến như là
"định luật Moore" - kim chỉ nam của ngành điện toán suốt 4 thập niên qua.