Chips — vore dages elektroniske byggesten
DEN digitalt styrede kaffemaskine der brygger din morgendrik, lommeregneren der sparer dig for en masse udregninger på papiret, de flerfarvede displays på instrumentbrættet i nye biler — alle har de ét tilfælles: De er fremstillet på basis af tynde siliciumchips der ikke er meget større end et spædbarns tommelfingernegl.
Disse chips findes i mange andre brugsgenstande, såsom armbåndsure, tv-apparater, radioer, telefoner, husholdningsapparater og visse former for værktøj. Dette lille elektroniske vidunder findes nu i alle mulige indretninger, lige fra almindeligt apparatur i hjemmet til tophemmeligt militært udstyr, og er således i høj grad med til at forandre folks måde at leve og tænke på. Men hvad er egentlig en siliciumchip? Hvordan er den blevet til? Og hvordan har den fundet vej ind i vores hverdag?
Hvad er en chip?
I grunden er en siliciumchip en samling meget små elektroniske kredsløb. Man kan sammenligne et elektronisk kredsløb med en sætning. Hver sætning er sammensat af „komponenter“ som navneord, udsagnsord og tillægsord. Ved at ordne disse komponenter på forskellig måde kan man danne sætninger der har form af påstande og spørgsmål, ja endog poesi. De enkelte sætninger kan så kombineres logisk til en større helhed i tale og skrift.
Elektroniske kredsløb er opbygget på lignende måde. Ved at sammensætte elektroniske komponenter — transistorer, dioder, modstande og lignende — på forskellige måder, kan man konstruere en mængde elektroniske kredsløb med hver sin funktion. Derpå kan tusinder af disse kredsløb kombineres til større enheder med alle mulige elektroniske opgaver for øje.
Det er imidlertid en enorm opgave både at sammensætte hundredtusinder af elektroniske komponenter, og ikke mindst at få plads til det hele. Det var netop den udfordring videnskabsmændene stod over for sidst i fyrrerne, da de byggede de første elektroniske datamaskiner. En sådan datamaskine kendt under navnet ENIAC (Electronic Numerical Integrator and Calculator), der var opstillet i Philadelphia, optog et gulvareal på 140 kvadratmeter, vejede omkring 27 tons og indeholdt cirka 19.000 radiorør! Dette monstrum brugte lige så meget energi som 1300 100-wattspærer. Dens el-hunger gav anledning til morsomme historier. Ifølge en af dem dæmpedes lysene i den vestlige del af Philadelphia når man tændte for datamaskinen.
Trods størrelsen havde ENIAC og dens samtidige en meget lille kapacitet sammenlignet med den seneste generation af datamater. Mens persondatamater i dag kan udføre millioner af regneoperationer pr. sekund, slentrede ENIAC af sted med en hastighed af omkring 5000 additioner eller bare 300 multiplikationer pr. sekund. Og mens moderne datamater som kun koster nogle få tusind kroner kan have en intern hukommelse der kan rumme mere end 100.000 tegn, kunne EDVAC, en anden af de første giganter, kun lagre 1024 tegn. Hvordan har en så drastisk kapacitetsforøgelse været mulig i senere datamater?
I begyndelsen af 1960’erne kom den lille og effektive transistor på markedet. Omsider blev det muligt for datamatkonstruktørerne at bringe deres langsomme, energislugende monstrumer ned i størrelse. Men teknikken måtte forfines endnu mere før man kunne bygge datamater som vi kender dem i dag. Hjælpen viste sig at komme fra fotografiets verden.
Miniaturisering og fremstilling af chips
Som du måske ved kan man med dertil beregnet udstyr forstørre eller formindske fotos efter behov. I de senere år har man udviklet en fotografisk teknik der gør det muligt for konstruktører at nedfotografere store tegninger af elektroniske kredsløb til en meget ringe størrelse. Disse tegninger eller mønstre, der kan være lige så komplicerede som et kort over gadenettet i en storby, bliver nedfotograferet så de kan være på en chip der er mindre end en kontaktlinse. De formindskede kopier fremstilles ikke på almindeligt fotopapir men på tynde stykker af rent silicium som findes i almindeligt sand og er et af de hyppigst forekommende grundstoffer på jorden.
Silicium besidder visse egenskaber der gør det særlig egnet til fremstilling af chips. For eksempel kan man, ved at tilsætte forskellige kemiske urenheder, få silicium til at danne både modstande, kondensatorer og transistorer. Ved således at tilsætte urenheder bestemte steder på den enkelte siliciumchip kan man fremstille en nøjagtig kopi af et elektronisk kredsløb på den.
Silicium udvindes af renset og smeltet sand hvorfra det dyrkes som krystaller. Når krystallerne er vokset til de ligner lange spegepølser, bliver de skåret i tynde skiver som forsynes med et særligt overtræk. Bitte små billeder af store elektroniske kredsløb ætses dernæst lagvis på skiverne, og kemiske urenheder tilsættes på passende steder. Når denne fremstillingsproces er til ende er det imidlertid ikke blot billeder der findes på disse chips men rigtige elektroniske kredsløb, som også kaldes integrerede kredsløb, eller IC’er i forkortelse.
De integrerede kredsløb der blev fremstillet i 1960’erne kunne hver især indeholde omkring hundrede elektroniske komponenter. Dermed blev det muligt for konstruktørerne at bygge „små“ datamater i kuffertstørrelse til laboratorier og andre institutioner. I slutningen af 1970’erne begyndte man at fremstille såkaldte LSI-chips (LSI: large-scale-integration) med over hundrede tusind komponenter. Disse chips er så alsidige at blot en enkelt af dem teoretisk set kan fungere som en selvstændig datamat, der for eksempel kan styre funktionerne i en mikrobølgeovn eller i en bil. I dag taler datamatkonstruktørerne om VLSI-chips (VLSI: very-large-scale-integration) som rummer millioner af komponenter. Det ville svare til at man overførte et kort over en by der måler næsten 1600 kilometer på hver led til en chip på 0,4 kvadratcentimeter.
Chips i hverdagen
Ved at anvende chips undgår man en stor del af det trivielle lodde- og montagearbejde der ellers ville være forbundet med fabrikation af kompliceret elektronisk udstyr. Det bevirker at slutproduktet bliver billigere og mere pålideligt, samt at det fylder mindre. Masseproduktionen har medført et så drastisk prisfald på chips med specielle funktioner, såsom evnen til at frembringe kunstig tale, at de nu indbygges i alle mulige produkter.
Disse talende chips findes for eksempel i elektroniske spil, salgsautomater og biler. I nogle lande er „frøken klokken“ eller „telefonisten“ på nummeroplysningen lavet af silicium! Produkter som indeholder chips der kan reagere på mundtlige ordrer er også ved at blive udbredte. Nogle af dem er måske mest beregnet på at vække opsigt, men andre har vist sig at være til stor hjælp for handicappede.
Chips bliver også udnyttet i industrien og forretningsverdenen. På mange fabrikker bruges de til at styre robotter som kan erstatte mennesker ved kedeligt, ensformigt eller farligt arbejde. Sådanne robotter har allerede holdt et stort indtog i bilindustrien, hvor de udfører svejse- og malerarbejde. På kontorer udskiftes skrivemaskiner hastigt med tekstbehandlingssystemer der gør det muligt at kontrollere stavning, ændre i teksten uden at skulle skrive det hele om, og at udskrive adressesedler. Medaljen har imidlertid også en bagside. Skønt kontorfolk måske nok er blevet befriet for meget slidsomt arbejde, er de til gengæld i stigende grad blevet bundet til en skærmterminal.
Desuden har siliciumchippen i høj grad medvirket til den revolution inden for kommunikationsteknologien som denne generation har oplevet. Ved fremstilling af dette blad er der anvendt datamater, både til tekstbehandling, satsarbejde og trykning. I forbindelse med udviklingen af det enestående MEPS-system (elektronisk fotosatssystem til mange sprog) har Vagttårnets Selskab faktisk været banebrydende med hensyn til at udnytte den særdeles anvendelige, og stadig mere almindelige, elektroniske byggesten som siliciumchippen er.