Historia rozwoju
Historia rozwoju
Historia rozwoju
Historia rozwoju
H stor a rozwoju
H stor a rozwoju
elektroniki
elektroniki
H stor a rozwoju
H stor a rozwoju
elektroniki
elektroniki
elektroniki
elektroniki
elektroniki
elektroniki
6 marca 2011
Wojciech Kucewicz
3
Kilka dat z historii
Kilka dat z historii
Kilka dat z historii
Kilka dat z historii
1850
1850 -- George Boole opracował zasady algebry Boole'a, czyli operacji na
George Boole opracował zasady algebry Boole'a, czyli operacji na
wart ściach l icznych "prawda" i "fałsz" (l iczna 1 i 0)
wart ściach l icznych "prawda" i "fałsz" (l iczna 1 i 0)
wartościach logicznych "prawda" i "fałsz" (logiczna 1 i 0).
wartościach logicznych "prawda" i "fałsz" (logiczna 1 i 0).
1874
1874 -- Emil Baudot skonstuował telegraf z klawiaturą alfanumeryczną. Każdy
Emil Baudot skonstuował telegraf z klawiaturą alfanumeryczną. Każdy
znak był zakodowany jako kombinacja pięciu elementów
znak był zakodowany jako kombinacja pięciu elementów -- dodatnich i
dodatnich i
znak był zakodowany jako kombinacja pięciu elementów
znak był zakodowany jako kombinacja pięciu elementów -- dodatnich i
dodatnich i
ujemnych impulsów prądu w linii. "Pięciobitowy" alfabet Baudota składał się z
ujemnych impulsów prądu w linii. "Pięciobitowy" alfabet Baudota składał się z
32 znaków. Na cześć Baudota jednostkę prędkości transmisji
32 znaków. Na cześć Baudota jednostkę prędkości transmisji -- jeden
jeden
element (bit) na sekundę
element (bit) na sekundę -- nazwano bodem (ang baud)
nazwano bodem (ang baud)
element (bit) na sekundę
element (bit) na sekundę nazwano bodem (ang. baud).
nazwano bodem (ang. baud).
Nawiasem mówiąc, największy hołd świat złożył Baudotowi gdy w roku 1880
Nawiasem mówiąc, największy hołd świat złożył Baudotowi gdy w roku 1880
jego pięcioelementowe znaki przyjęto jako międzynarodowy alfabet
jego pięcioelementowe znaki przyjęto jako międzynarodowy alfabet
telegraficzny ITA 1 (International Telegraph Alphabet nr. 1). Nieco
telegraficzny ITA 1 (International Telegraph Alphabet nr. 1). Nieco
g
y
(
g p
p
)
g
y
(
g p
p
)
ulepszony alfabet Baudota, oznaczony ITA
ulepszony alfabet Baudota, oznaczony ITA--2, gdzieniegdzie nadal jest w
2, gdzieniegdzie nadal jest w
użyciu.
użyciu.
6 marca 2011
Wojciech Kucewicz
4
Kilka dat z historii
Kilka dat z historii
Kilka dat z historii
Kilka dat z historii
1946
1946 -- Powstał słynny ENIAC (Electronic
Powstał słynny ENIAC (Electronic
Numerical
Numerical Integrator and Computer).
Integrator and Computer).
Komputer zajmował pomieszczenie o
Komputer zajmował pomieszczenie o
p
j
p
p
j
p
wymiarach 12 na 6 m
wymiarach 12 na 6 m
22
. Składał się z 42
. Składał się z 42
szaf z blachy stalowej
szaf z blachy stalowej -- każda miała 3 m
każda miała 3 m
wysokości, 60 cm szerokości i 30 cm
wysokości, 60 cm szerokości i 30 cm
głębokości. Całkowicie lampowy ENIAC
głębokości. Całkowicie lampowy ENIAC
(19000 lamp) mógł wykonywać do 100 000
(19000 lamp) mógł wykonywać do 100 000
operacji na sekundę. Program był
operacji na sekundę. Program był
k d
t i d ł
h t bli
k d
t i d ł
h t bli
P d t
j
d i i ł b ć
dl B lli ti R
h L b
t
P d t
j
d i i ł b ć
dl B lli ti R
h L b
t
kodowany w postaci dołączanych tablic
kodowany w postaci dołączanych tablic
funkcyjnych.
funkcyjnych.
Podstawowym jego zadaniem miała być praca dla Ballistic Research Laboratory:
Podstawowym jego zadaniem miała być praca dla Ballistic Research Laboratory:
obliczanie tablic dla artylerii, podających parametry trajektorii pocisku w zmiennych
obliczanie tablic dla artylerii, podających parametry trajektorii pocisku w zmiennych
warunkach. Później ENIAC był wykorzystywany między innymi do obliczeń związanych
warunkach. Później ENIAC był wykorzystywany między innymi do obliczeń związanych
z programem budowy bomby wodorowej, projektowania tuneli aerodynamicznych, a
z programem budowy bomby wodorowej, projektowania tuneli aerodynamicznych, a
6 marca 2011
Wojciech Kucewicz
5
p g
y
y
j, p j
y
y ,
p g
y
y
j, p j
y
y ,
nawet do obliczenia wartości liczby pi z dokładnością do tysiąca miejsc po przecinku.
nawet do obliczenia wartości liczby pi z dokładnością do tysiąca miejsc po przecinku.
Tranzystor bipolarny
Tranzystor bipolarny
Tranzystor bipolarny
Tranzystor bipolarny
Tranzystor został wynaleziony w roku
Tranzystor został wynaleziony w roku
1947 w Laboratorium Bella (USA)
1947 w Laboratorium Bella (USA)
przez zespół:
przez zespół: John Bardeen, Walter
John Bardeen, Walter
przez zespół
przez zespół John Bardeen, Walter
John Bardeen, Walter
Brattain, and William Shockley
Brattain, and William Shockley. W roku
. W roku
1956 otrzymali Nagrodę Nobla.
1956 otrzymali Nagrodę Nobla.
J. Bardeen otrzymał również Nagrodę Nobla w roku
J. Bardeen otrzymał również Nagrodę Nobla w roku
1972 za wyjaśnienie zjawiska nadprzewodnictwa.
1972 za wyjaśnienie zjawiska nadprzewodnictwa.
6 marca 2011
Wojciech Kucewicz
6
1958:
1958: Wynalezienie układu scalonego
Wynalezienie układu scalonego
1958:
1958: Wynalezienie układu scalonego
Wynalezienie układu scalonego
Z t ó
ukł du s l n
u ż
Z t ó
ukł du s l n
u ż
Za twórcę układu scalonego uważa
Za twórcę układu scalonego uważa
się Jack’a Kilby z Texas
się Jack’a Kilby z Texas
Instruments, który otrzymał za
Instruments, który otrzymał za
y
y
y
y
swój pomysł w roku 2000 Nagrodę
swój pomysł w roku 2000 Nagrodę
Nobla
Nobla
6 marca 2011
Wojciech Kucewicz
7
195
19533:
: Darlington Patent
Darlington Patent
195
19533:
: Darlington Patent
Darlington Patent
“Just after the transistor was invented at Bell Labs, Sidney
checked out for the weekend two of the few existing
transistors from the head of Bell Labs. Transistors were
not generally available and the head of the Labs kept the
few that had been made in his desk. Sidney played with
them at home on the weekend and discovered/invented
the Darlington pair. He realized that they could be put
in one package (“on one chip”), and that in fact any
number of transistors could be put in one package. The
next week he was encouraged to have the lawyers draw
next week he was encouraged to have the lawyers draw
up the patent application. He said it should be written
for any number in one package, but the lawyers only
wanted to do it for two—which is what was applied for.
As it turned out, if it had not been restricted to two
As it turned out, if it had not been restricted to two
transistors, Bell Labs and Dr. Darlington would receive
transistors, Bell Labs and Dr. Darlington would receive a
a
,
L
D . D
g
,
L
D . D
g
royalty on every IC chip made today
royalty on every IC chip made today
! Anyway, that’s
the story he tells.”
IEEE TRANSACTIONS ON CIRCUITS AND SYSTEMS—I: FUNDAMENTAL
THEORY AND APPLICATIONS, VOL. 46, NO. 1, JANUARY 1999
Darlington’s Contributions to Transistor Circuit Design
6 marca 2011
Wojciech Kucewicz
8
Darlington s Contributions to Transistor Circuit Design
David A. Hodges,
Fellow, IEEE
Invention of the Integrated Circuit
Invention of the Integrated Circuit
Invention of the Integrated Circuit
Invention of the Integrated Circuit
1953
1953
1953
1953
Robert
Robert Noyce
Noyce get
get his
his PhD
PhD at
at MIT
MIT where
where „„few
few peaple
peaple
had
had even
even heardabout
heardabout the
the transistor
transistor””
1955
1955
1955
1955
He arriving to Shockley’s Lab
He arriving to Shockley’s Lab
1957
1957
1957
1957
He left Shockley’s and forms Fairchild
He left Shockley’s and forms Fairchild
Semiconductor with Jean Hoerni and Gordon
Semiconductor with Jean Hoerni and Gordon
Moore
Moore
1958
1958
1958
1958
Hoerni invents technique for diffusion impurities
Hoerni invents technique for diffusion impurities
into Silicon to build planar transistor and then using
into Silicon to build planar transistor and then using
SiO
SiO as insulator
as insulator
SiO
SiO
2
2
as insulator
as insulator
1959
1959
1959
1959
Noyce develops first true IC using planar
Noyce develops first true IC using planar
transistor diode
transistor diode--isolated silicon resistor SiO
isolated silicon resistor SiO
22
6 marca 2011
Wojciech Kucewicz
9
1959
1959
1959
1959
transistor, diode
transistor, diode isolated silicon resistor, SiO
isolated silicon resistor, SiO
22
insulation and evaporated metal wiring
insulation and evaporated metal wiring
1959: Invention of the Integrated
1959: Invention of the Integrated
Circuit
Circuit
1959: Invention of the Integrated
1959: Invention of the Integrated
Circuit
Circuit
Noyce
Noyce develops
develops first
first true
true IC
IC
•• using
using
•• planar
planar transistor
transistor, ,
pp
•• diode
diode--isolated
isolated silicon
silicon resistor
resistor, ,
•• SiO
SiO
22
insulation
insulation
•• and
and evaporated
evaporated metal
metal wiring
wiring
and
and evaporated
evaporated metal
metal wiring
wiring
6 marca 2011
Wojciech Kucewicz
10
First Commercial Planar IC
First Commercial Planar IC 1961
1961
First Commercial Planar IC
First Commercial Planar IC 1961
1961
Fairchild
Fairchild ––
Dual
Dual flip
flip--flop
flop Chip
Chip
4 Transistors and 5 Resistors
4 Transistors and 5 Resistors
START OF SMALL SCALE
START OF SMALL SCALE
INTEGRATION
INTEGRATION
TECHNOLOGY
TECHNOLOGY
6 marca 2011
Wojciech Kucewicz
11
First Linear IC
First Linear IC
First Linear IC
First Linear IC
1964
1964
1964
1964
Fairchild
Fairchild
1964
1964
1964
1964
Fairchild
Fairchild
First
First Linear
Linear IC
IC The
The μμA
A 702 OPAMP
702 OPAMP
1967
1967
1967
1967
Fairchild
Fairchild
First
First IC
IC μμMOSAIC
MOSAIC -- ccreated
reated with
with
1967
1967
1967
1967
First
First IC
IC μμMOSAIC
MOSAIC ccreated
reated with
with
Computer
Computer--Aided Design
Aided Design..
Transistors (organized in
Transistors (organized in columns) could be
columns) could be
easily rewired using a
easily rewired using a two
two--layer
layer
6 marca 2011
Wojciech Kucewicz
12
y
g
y
g
yy
interconnect to create different
interconnect to create different circuits.
circuits.
This circuit
This circuit contains ~150 logic
contains ~150 logic gates.
gates.
1K bit RAM
1K bit RAM
1K bit RAM
1K bit RAM
1968
1968
1968
1968
Noyce
Noyce and Moore
and Moore leave
leave Fairchild
Fairchild and
and found
found
Intel
Intel
..
No
No business plan, just a promise
business plan, just a promise to specialize in memory chips.
to specialize in memory chips.
Th is $3M in t d s
Th is $3M in t d s nd m
t S nt Cl
B
nd m
t S nt Cl
B
1968
1968
1968
1968
They raise $3M in two days
They raise $3M in two days and move to Santa Clara. By
and move to Santa Clara. By
1971 Intel had 500 employees;
1971 Intel had 500 employees; by 1983 it had 21,500
by 1983 it had 21,500
employees and $1100M in sales.
employees and $1100M in sales.
1970
1970
1970
1970
Intel
Intel
starts selling a 1K bit RAM the 1103
970
970
970
970
starts selling a 1K bit RAM, the 1103.
1971
1971
1971
1971
Intel
Intel
starts selling a first EPROM the 1702
6 marca 2011
Wojciech Kucewicz
13
97
97
97
97
starts selling a first EPROM, the 1702.
Microprocessor Intel 4004 (1971)
Microprocessor Intel 4004 (1971)
Microprocessor Intel 4004 (1971)
Microprocessor Intel 4004 (1971)
2300 t
i t
2300 t
i t
hi
hi
2300 transistors
2300 transistors on one chip
on one chip
Freq.
Freq. --108 kHz
108 kHz
Technology
Technology ––
10
10μμ
It was 1/8" by 1/16"
It was 1/8" by 1/16" and
and it was
it was
as powerful as
as powerful as ENIAC
ENIAC
pperform
erforming
ing about 60 000
about 60 000
pperform
erforming
ing about 60,000
about 60,000
calculations in a second.
calculations in a second.
f l E
f l E
6 marca 2011
Wojciech Kucewicz
14
It was as powerful as ENIAC but was
It was as powerful as ENIAC but was
eclipsed by its more capable brothers
eclipsed by its more capable brothers
Ted Hoff’s invention
Ted Hoff’s invention
Microprocessor Intel
Microprocessor Intel 8800
0088
Microprocessor Intel
Microprocessor Intel 8800
0088
1972
1972
1972
1972
Intel
Intel -- The microprocessor 8008
It had 3,500 transistors supporting a byte-wide data path.
D spit its limit ti ns th 8008 s th fi st
Despite its limitations, the 8008 was the first
microprocessor capable of playing the role of computer CPU
1974
1974
1974
1974
Intel
Intel -- The microprocessor 8008
the 8080 had 6,000 transistors fabricateded in a
6µm process. The clock rate was 2MHz, more than
µ p
,
enough to ignite the personal computer industry. At
least Paul Allen and his partner thought so when
they wrote a BASIC interpreter for the 8080 in
1975
1975.
6 marca 2011
Wojciech Kucewicz
15
Mi
Mikkroprocesor Intel Pentium
roprocesor Intel Pentium 44 ((200
20011))
Mi
Mikkroprocesor Intel Pentium
roprocesor Intel Pentium 44 ((200
20011))
42 mln
42 mln tranzystorów
tranzystorów
42 mln
42 mln tranzystorów
tranzystorów
(40 tranzystorów zmieściłoby się
na przekroju włosa)
Częstotliwość
Częstotliwość --1,5 GHz
1,5 GHz
Technologia
Technologia––
0,18
0,18μμm
m
10
10
99
operacji na sekundę
operacji na sekundę
6 marca 2011
Wojciech Kucewicz
16
P
d k ji
P
d k ji
P
d k ji
P
d k ji
Progres w produkcji
Progres w produkcji
k
ó l
h
k
ó l
h
Progres w produkcji
Progres w produkcji
k
ó l
h
k
ó l
h
układów scalonych
układów scalonych
układów scalonych
układów scalonych
6 marca 2011
Wojciech Kucewicz
17
Prawo Moore’a
Prawo Moore’a
Prawo Moore’a
Prawo Moore’a
W roku 1965 Gordoon Moore
W roku 1965 Gordoon Moore
(założyciel firm Fairchild i Intel)
(założyciel firm Fairchild i Intel)
id i ł ż li b t
t ó
id i ł ż li b t
t ó
przewidział, że liczba tranzystorów
przewidział, że liczba tranzystorów
w układzie scalonym będzie
w układzie scalonym będzie
zwiększała się eksponencjalnie w
zwiększała się eksponencjalnie w
funkcji czasu
funkcji czasu..
W latach 80
W latach 80--tych przekroczono barierę
tych przekroczono barierę
1 miliona tranzystorów upakowanych w
1 miliona tranzystorów upakowanych w
y
p
y
y
p
y
jednej strukturze
jednej strukturze
•• 2300 transistors (Intel 4004)
2300 transistors (Intel 4004) –
– 1971
1971
6 marca 2011
Wojciech Kucewicz
18
•• 42 Million (Intel P4)
42 Million (Intel P4) -- 2001
2001
Postęp w produkcji układów scalonych
Postęp w produkcji układów scalonych
Postęp w produkcji układów scalonych
Postęp w produkcji układów scalonych
G.Moore - Cramming more
G.Moore Cramming more
components onto integrated
circuits - Electronics, Volume 38,
Number 8, April 19, 1965
ść
ó
ść
ó
ść
ó
ść
ó
6 marca 2011
Wojciech Kucewicz
19
Ilość tranzystorów w układzie scalonym podwaja się
Ilość tranzystorów w układzie scalonym podwaja się
w
w ciagu
ciagu roku
roku
Ilość tranzystorów w układzie scalonym podwaja się
Ilość tranzystorów w układzie scalonym podwaja się
w
w ciagu
ciagu roku
roku
Postęp w produkcji procesorów
Postęp w produkcji procesorów
Postęp w produkcji procesorów
Postęp w produkcji procesorów
P. Gargini – Sailing with the ITRS into nanotechnology - 2004
6 marca 2011
Wojciech Kucewicz
20
Ilość tranzystorów w układzie podwaja się w ciagu 2 lat
Ilość tranzystorów w układzie podwaja się w ciagu 2 lat
Postęp w produkcji procesorów
Postęp w produkcji procesorów
Postęp w produkcji procesorów
Postęp w produkcji procesorów
P. Gargini – Sailing with the ITRS into nanotechnology - 2004
6 marca 2011
Wojciech Kucewicz
21
Powierzchnia układu scalonego podwaja się w ciagu 6 lat
Powierzchnia układu scalonego podwaja się w ciagu 6 lat
Postęp w produkcji płytek krzemowych
Postęp w produkcji płytek krzemowych
Postęp w produkcji płytek krzemowych
Postęp w produkcji płytek krzemowych
P. Gargini – Sailing with the ITRS into nanotechnology - 2004
6 marca 2011
Wojciech Kucewicz
22
Powierzchnia płytki krzemowej podwaja się w ciagu 8 lat
Powierzchnia płytki krzemowej podwaja się w ciagu 8 lat
Mikroelektronika
Mikroelektronika Î
Î
Nanotechnologia
Nanotechnologia
Mikroelektronika
Mikroelektronika Î
Î
Nanotechnologia
Nanotechnologia
P. Gargini – Sailing with the ITRS into nanotechnology - 2004
6 marca 2011
Wojciech Kucewicz
23
Powierzchnia płytki krzemowej podwaja się w ciagu 8 lat
Powierzchnia płytki krzemowej podwaja się w ciagu 8 lat
Nanotechnologia
Nanotechnologia
Nanotechnologia
Nanotechnologia
P. Gargini – Sailing with the ITRS into nanotechnology - 2004
6 marca 2011
Wojciech Kucewicz
24
Reasonably familiar Nanotube Different technology
Reasonably familiar Nanotube Different technology
Technology influence
Technology influence
Technology influence
Technology influence
0 18 µm
0.5 µm
0 12µm
0.18 µm
0.5 µm
l
1993
0.12µm
Devices
1999
2002
1993
3 layers
7 layers
8 l
s
Interconnects
7 layers
8 layers
Frequency
6 marca 2011
Wojciech Kucewicz
25
120MHz
500MHz
1200 MHz
Moore’s Law Predictions
Moore’s Law Predictions –– 2025?
2025?
Moore’s Law Predictions
Moore’s Law Predictions –– 2025?
2025?
Assumptions in 1995 based on 1960
Assumptions in 1995 based on 1960--1995
1995
Transistors per chip doubles every 1.5 years
Transistors per chip doubles every 1.5 years
Minimum feature size is cut in half every six years
Minimum feature size is cut in half every six years
Minimum feature size is cut in half every six years
Minimum feature size is cut in half every six years
Chip area goes up 2.3 times every six years
Chip area goes up 2.3 times every six years
Manufacturing costs remain about constant
Manufacturing costs remain about constant
This leads us to the following predictions
Wafer size will be
32 inches!
32 inches!
A wafer fabrication will cost a tens of G$
The chips will be
3 by 6 inches
3 by 6 inches
The minimum feature size will be
100 Angstroms
100 Angstroms
(which is
The minimum feature size will be
100 Angstroms
100 Angstroms
(which is
about 5 photoresist molecules wide)
A Memory chip will hold
64 TERA bits
64 TERA bits
6 marca 2011
Wojciech Kucewicz
26
will they come true?!
will they come true?!