Cookies op Tweakers

Tweakers maakt gebruik van cookies, onder andere om de website te analyseren, het gebruiksgemak te vergroten en advertenties te tonen. Door gebruik te maken van deze website, of door op 'Ga verder' te klikken, geef je toestemming voor het gebruik van cookies. Wil je meer informatie over cookies en hoe ze worden gebruikt, bekijk dan ons cookiebeleid.

Meer informatie

Door , , 55 reacties

Na de uitvinding van het telraam, de analoge computer en de vacuŘmbuis, was het een halve eeuw geleden tijd voor de volgende stap op weg naar het informatie-tijdperk. Op 12 september 1958 werd 's werelds eerste ge´ntegreerde circuit gedemonstreerd. Samen met de geboorte van de transistor, zo'n zestig jaar geleden, stond de doorbraak aan de wieg van de moderne processor en alle moderne elektronica waar we vandaag de dag van genieten en waaraan we ons soms flink ergeren.

Kilby met zijn ICOp 12 september 1958 werd het eerste 'integrated circuit' door zijn uitvinder Jack Kilby van Texas Instruments gedemonstreerd. Het idee achter het ge´ntegreerde circuit is eigenlijk vrij eenvoudig: in plaats van losse componenten, zoals weerstanden, condensators en natuurlijk transistors op een printplaat te plaatsen, worden alle onderdelen op een substraat van halfgeleidermateriaal geplaatst. Hoewel de uitvinding aan Jack Kilby wordt toegeschreven, die er in 2000 ook een Nobelprijs voor kreeg, was de Texas Instruments-medewerker niet de eerste en evenmin de enige die op het idee kwam om componenten te integreren. Zelf had Kilby ongeveer een jaar eerder het plan opgevat om met behulp van keramische wafels een raamwerk voor elektronische componenten te construeren. Het idee werd opgepikt door het Amerikaanse leger, maar werd achterhaald door Kilby's eigen verbeterde idee.

Eerste transistorJaren voor de officiŰle geboorte van het IC werkten diverse onderzoekers al aan dergelijke circuits. Zo vroeg de Duitser Werner Jacobi, destijds in dienst van Siemens AG, in 1949 een patent aan voor een versterker die aan een ge´ntegreerd circuit deed denken. Hij beschreef in zijn aanvraag een substraat met daarop vijf transistors die als versterker dienst deden. Ook ene Geoffrey Dummer, werkzaam voor het Britse ministerie van Defensie, beschreef een ge´ntegreerd circuit in 1952. Bijna gelijktijdig met Kilby bedacht Robert Noyce, onderzoeker bij Fairchild Semiconductor, een 'integrated circuit'. Hoewel Noyce zijn ontwerp ongeveer een half jaar na Kilby presenteerde, bleek dat van hem praktischer: zo maakte hij gebruik van silicium als substraat in plaats van Kilby's germanium.

De voordelen van een ge´ntegreerd circuit in plaats van losse componenten die op een printplaat zijn gesoldeerd zijn legio. Zo is het met een IC mogelijk betrouwbaarder circuits te bouwen die bovendien een grotere capaciteit wat betreft het aantal bouwstenen mogelijk maken. Dat potentieel werd in de beginjaren van de 'chips' nog niet benut: het aantal transistors dat een circuit toen bevatte, betrof slechts enkele tientallen exemplaren. Toch werden die meest eenvoudige chips al gebruikt in prestigieuze projecten als het Apollo-ruimtevaartprogramma en werd de geleidingselektronica van raketten met de relatief simpele techniek gerealiseerd. Die eerste jaren werden niet in de laatste plaats benut om de kosten van chips omlaag te brengen: een trend die tot op de dag van vandaag doorgaat.

Intels 4004-processorEen tweede trend die in de jaren zestig werd ingezet en later als de wet van Moore bekend zou worden, is de realisatie van een steeds hogere dichtheid van transistors in een chip. Midden jaren zestig kreeg Kilby de opdracht van Texas Instruments-directeur een chip te bouwen voor een rekenmachine van het bedrijf: in 1970 werd de eerste 'pocket calculator' in Amerika ge´ntroduceerd. Eind jaren zestig werden al honderden transistors in de chips verwerkt, gevolgd door tienduizenden per chip medio jaren zeventig. De eerste computerchips werden in 1970 gemaakt: de 4bits 4004-cpu van Intel zag in 1971 het levenslicht. Die eenvoudige processor had een bescheiden kloksnelheid van 740kHz, maar was wel de eerste cpu.

Vanaf de jaren tachtig werden tienduizenden tot zelfs honderdduizenden transistors in een chip verwerkt. De integratie, van small scale, via medium scale tot large en very large scale integration gaat nog steeds gestaag door: de componenten worden steeds kleiner en de chips worden complexer: momenteel, vijftig jaar na de geboorte van de chip, worden honderden miljoenen componenten op een chip ondergebracht. Vooruitgangen in chipontwerp en -productie zorgen er vooralsnog voor dat de wet van Moore blijft opgaan. Moore, mede-oprichter van Intel, voorspelde in 1965 dat elk jaar een verdubbeling van het aantal transistors per chip zou plaatsvinden. Later stelde hij zijn voorspelling bij naar elke twee jaar een verdubbeling.

AMD opent Fab 36: presentatie 300mm-wafers

Voorlopig kan de wet van Moore te gelde gemaakt blijven worden: fotolithografische technieken worden steeds verfijnder en maken kleinere transistors en andere componenten mogelijk. Momenteel worden chips op 45nm gebakken, terwijl ook aan 32nm-technieken en de daaropvolgende stap, 22nm-structuren, wordt gewerkt. Ooit zal echter de grens van lithografie bereikt worden, als de structuren niet kleiner gemaakt kunnen worden. Nu al moeten chipontwerpers licht met zeer kleine golflengtes, zoals uv-licht, gebruiken om de kleine details in de chipontwerpen te maken. Ook zoeken chipfabrikanten hun toevlucht tot immersielithografie, waarbij een waterlens het licht concentreert en zo de golflengte, en effectief de feature-afmetingen op de chip, verder verkleinen. Waar de grens precies ligt, weet nog niemand, maar ooit zullen transistors niet veel groter dan atomen zijn. Dan treden quantummechanische effecten op, die de betrouwbare en voorspelbare werking van chips parten zal spelen. Tegen die tijd zullen echter wellicht nieuwe technieken de steeds verder gaande miniaturisering en de steeds betere prijs/prestatie-verhouding in stand houden.

Intel Penryn wafer

Vast staat wel dat we inmiddels niet meer zonder de vijftig jaar oude uitvinding kunnen: er is zo langzamerhand bijna geen apparaat in huis of daarbuiten te bedenken dat niet van een chip voorzien is. Auto's, koffiezetapparaten, verlichting en alles daartussen is afhankelijk van chips, om nog maar van computers en communicatiemiddelen te zwijgen. Ook onze economie en zelfs onze overlevingsmogelijkheden zijn afhankelijk van de chipindustrie. Hoe de volgende vijftig jaar van de chip eruit zullen zien, weet niemand, maar het zullen ongetwijfeld interessante tijden worden.

Moderatie-faq Wijzig weergave

Reacties (55)

Heb hier veel van meegemaakt... (en wat voel ik me opeens oud! :) )
De 4004 was net uit, spoedig daarna kwam de 8008, en daarna ging het snel, "echte processoren": de (intel) 8080 en de (Zilog) Z80 aan de ene kant, en de (motorola(?)) 6502 aan de andere (de 2 "kampen") en hun afgeleide 8 bit procs stonden aan de basis van de eerste generaties computers als de KIM, de Apple ][ , de Z81, de BBC computer of de Exidy om een willekeurig paar te noemen. Pc's, of later vaker thuiscomputers genoemd, veroverden de wereld!
Gelijk daarmee begon de ontwikkeling van de operating systems: CPM (voor de Z80 e.d.) werd nog een tijd zakelijk gebruikt.
Pas toen de volgende generatie chips als de 8086 en de goedkopere 8088 door IBM werden gebruikt ging de acceptatie echt snel. Al gauw werd alleen de IBM computer nog "pc" genoemd.
Ik heb zo af en toe nog wat magazines met processor info en computerbladen bewaard, als je dat nu terugleest krijg je nu wel erg veel waar voor je geld!

Wat ging dat snel.

Toen droomde ik van 1 computer voor mezelf (die kwam er, werd getweakt en helaas weer afgedankt, maar vele zijn er gevolgd...), nu ben ik o.a. bezig een netwerk te fine-tunen waar een aantal computers, servers, switches en zo in hangen.
Daar durfde je toen nog niet eens van te dromen!

En wat staat ons allemaal nog te wachten? :*)
Ik ben dan wel niet zo oud, maar heb al wel veel van de thuispc meegekregen. Prince of Persia spelen vanaf diskette, muziek maken op een amiga 500 (wat ik nog steeds wel doe). Moet eerlijkheidshalve wel bekennen dat de stabiliteit niet altijd ten goede is gekomen. Zo loop mijn amiga 500 met midi nooit vast, en blijft de tick altijd stabiel. Bij meerdere apparaten aan mijn huidige pc is een heel liedje van 4 minuten soms lang te noemen omdat anders de tick asynchroon gaat lopen.

Weet ook nog dat mijn vader thuis kwam met een 10mb HDD. De buurman kwam het apparaat ook bezichtigen, want dat was heel wat natuurlijk. Je hoefde nu 'nooit' meer die vervelende diskettes te pakken, maar kon zo alles van de harde schijf spelen.

Nostalgie!! :P
Alles of 'alles'? Want 10mb is natuurlijk nog geen 10 diskettes :P
eh, hehehe, wel een stuk meer dan tien van "die" diskettes van "destijds" hoor :P
je bedoel 30 diskettes ;) de floppies uit die tijd waren groot slap en er kon zo'n 360 KB op.
5,25" DD disks en dan niet al te slaperig erin stoppen want dan kon je ze breken :D

Kon wel een 20 MB harddisk kopen destijds maar die kostte 600 gulden. 3,5" schijfjes had je zelfs niet eens dat kwam later pas, maar ik had wel een kleuren scherm 4 kleuren CGA. Je wil niet weten hoeveel mensen er langskwamen om te zien hoe dat eruit zag.

[Reactie gewijzigd door Hakker op 25 september 2008 13:26]

Haha ja, en dan op een gegeven moment 3.5" DD diskettes kopen, en daar vervolgens een gaatje in boren zodat ze herkend werden als HD disks en dan kon je ze op 1440KB formatteren ipv 720KB. Dat daardoor de levensduur van je data sterk verminderde kwam je veel later pas achter :Y)
Mooi stukje Willem.
Ik blijf me altijd toch een beetje verbazen over het feit dat chips gewoon werken. Er zitten duizenden transistoren in zo'n ding en er hoeven er maar een paar verkeerd te zijn om flink wat problemen te kunnen geven en de chip nutteloos te verklaren. Toch is de uitval van die dingen vrij laag, het grootste gedeelte wat uit zo'n fabriek komt werkt gewoon, blijf het fascinerend vinden.
Er zijn twee manieren waarop ze zorgen dat niet iedere transistor perfect hoeft te zijn:
1) De circuits zitten zo in elkaar dat er zoveel mogelijk marge in de specs van de individuele transistoren zit en
2) Bij complete uitval van bepaalde transistoren en, dientengevolge, bepaalde subcircuits blijft het geheel gewoon werken, doordat subcircuits massaal redundant zijn uitgevoerd.
Bij punt 2 heb ik ernstige twijfels, of in elk geval wist ik niet dat dit normaagesproken gebeurde. Heb je daar een verwijzing naar?
Redundant is niet helemaal de juiste term. Ik bedoelde daarmee niet dat een ander subcircuit de functie overneemt (dat is iets dat inderdaad nog niet gebeurd, maar waar wel veel onderzoek naar gedaan wordt), maar dat de chip bijvoorbeeld 1 miljoen parallelle circuits van een bepaalde soort heeft en dat er 1.01 miljoen in de chip verwerkt zitten, omdat er een uitval van 0.01 miljoen te verwachten is.
Recent voorbeeld: in de cell cpu zitten 8 SPE's. Toch zijn er maar 7 voor de PS3 geactiveerd. Als er nu CPU's worden geproduceerd waar 1 SPE stuk is kan hij toch nog gebruikt worden. Als ze alle 8 goed blijken te werken, dan wordt er gewoon 1 uitgezet.

Daarnaast wordt dezelfde chip in veel verschillende snelheden verkocht. Als een transistor niet goed blijkt te werken op snelheid X maar wel op Y (met X > Y), dan wordt de chip gewoon verkocht voor snelheid Y.

Chips zijn dus niet per se geheel foutloos :)

[Reactie gewijzigd door .oisyn op 17 september 2008 00:03]

Eigenlijk zijn de machines die die transistoren plaatsen pas echt knap. Het principe blijft namelijk vrij eenvoudig, maar daarin zit dan ook weer het geniale.
De precisie waarmee het gedaan wordt is echt verbluffend inderdaad. Maar goed, dat is wel met meer dingen. Min of meer gerelateerd, als je ziet hoesnel kleine chips en onderdelen op een mobo worden geplaatst: redactieblog: Tweaker krijgt rondleiding in moederbordfabriek Gigabyte. Dat gaat ook met zo'n 10 onderdelen per seconde, en die dingen zitten vlak naast elkaar en dat gaat ook gewoon goed.
Het gaat gewoon zo ontzettend nauwkeurig, op afstanden die we met het menselijk oog vaak niet eens (goed) kunnen zien en met snelheden waarbij we ook niet kunnen zien hoe snel dat die meuk geplaatst wordt :)
Hieperdepiep, wie deelt de chips uit? :9
Die mop is bijgevolg ook al 50 jaar oud :)
Voor de komst van de computerchips werkte die grap niet echt he ;)
Volgens mij hadden ze 50 jaar geleden nog geen chips ;)

Edit: Right.. beter lezen voordat je wat post 8)7

[Reactie gewijzigd door Tok Tok op 18 september 2008 10:07]

Gefeliciteerd chips!
Chips wordt 50, * Pap3rclip wordt 16 :p
Hoera!
De paperclip, of juister, de draadpaperclip die we allemaal kennen, wordt 118. Dat is een tikkeltje ouder dan jij aangeeft.

De oudst bekende paperclip, die ontworpen is om etiketten aan textiel te bevestigen, wordt 141.
wil net zeggen

gefeliciteerd :P

maar wel leuk om te weten dat de paperclip 102 jaar ouder is dan jij :P

[Reactie gewijzigd door freaq op 12 september 2008 21:11]

Erg leuk stukje... enne, Feli chip *O*
Nog vele jaren toegewenst! :P
Chips for the win!!!!
Hahaha, zonder chips geen games voor jou? ;)
Gefeliciflapstaart NXP!
Philips was er inderdaad ook al snel bij, en heeft door de jaren heen leuke dingen gemaakt. Maar om NXP nu te gaan feliciteren? Het lijkt me eerder dat ze in rouwstemming zijn: nieuws: NXP schrapt 4500 banen, waarvan 1300 in Nederland
Ik wou net zeggen.. NXP was al een zinkend schip toen philips dit begon af te stoten..
Ben ook jarig vandaag... 14.. chippies zijn ouder :9
Gefeliciteerd!

en de chips natuurlijk gefeliciteerd!

[Reactie gewijzigd door rick.bouman op 12 september 2008 19:36]

Dus jij serveert chips die ouder dan 14 jaar zijn aan je gasten...
Wat voor smaak ga je er aan geven, Moldy Black?

Op dit item kan niet meer gereageerd worden.



Apple iOS 10 Google Pixel Apple iPhone 7 Sony PlayStation VR AMD Radeon RX 480 4GB Battlefield 1 Google Android Nougat Watch Dogs 2

© 1998 - 2016 de Persgroep Online Services B.V. Tweakers vormt samen met o.a. Autotrack en Carsom.nl de Persgroep Online Services B.V. Hosting door True