Chipen — dagens elektroniske byggestein

DEN digitale kaffetrakteren som filtrerer morgenkaffen din, lommekalkulatoren som sparer deg for en masse skrivearbeid, instrumenter i mange farger på dashbordet i nye biler — alt dette har én ting felles: De har sett dagens lys på grunn av den løvtynne silisiumchipen, som ikke er større enn et spedbarns tommelfingernegl.

Disse chipene eller brikkene finnes også i mange andre ting som du kanskje har — klokker, fjernsynsapparater, radioer, telefoner, elektriske hjelpemidler og enkelte verktøy. Enten denne lille perlen av et elektronisk vidunder blir brukt i dagligdagse ting i hjemmet eller i strengt hemmelige militære forbindelser, spiller den en avgjørende rolle når det gjelder å forandre måten folk rundt omkring i verden lever og arbeider på.

Hva er en chip?

En silisiumchip er i grunnen en samling av svært små elektroniske kretser. Du kan sammenligne en elektronisk krets med en setning i denne artikkelen. Alle setninger er bygd opp av vanlige ordklasser som substantiver, verb og adjektiver. Ved å ordne disse ordklassene på forskjellige måter kan vi sette sammen setninger i form av utsagn og spørsmål og også i form av poesi. Og setninger som blir kombinert på en logisk måte, resulterer i samtaler og i skrift.

Det er på lignende måte med elektroniske kretser. Ved å kombinere vanlige elektroniske komponenter — transistorer, dioder, motstander og så videre — på forskjellige måter kan man lage elektroniske kretser som utfører mange funksjoner. Tusener av disse kretsene kan igjen kombineres slik at de kan utføre alle slags nyttige elektroniske prosesser. Slik er det, i hvert fall i teorien.

I praksis er det imidlertid en veldig oppgave å sette sammen hundretusenvis av elektroniske komponenter, for ikke å nevne den plassen de opptar. Det var nettopp den hindringen forskerne møtte i slutten av 1940-årene da de satte sammen den første generasjon av datamaskiner. En slik datamaskin i Philadelphia, som ble kalt ENIAC (Electronic Numerical Integrator and Calculator), opptok 140 kvadratmeter gulvplass, veide nesten 30 tonn og bestod av cirka 19 000 elektronrør! Dette monstret krevde like mye energi for å fungere som 1300 100-watts pærer bruker. Dens appetitt på elektrisitet var opphavet til flere muntre historier. Det ble hevdet at når maskinen ble slått på, lyste alle lampene i West Philadelphia svakere.

Trass i sin størrelse hadde ENIAC og lignende datamaskiner svært liten kapasitet sammenlignet med vår tids generasjon av datamaskiner. Mens en borddatamaskin i dag kan utføre flere millioner operasjoner pr. sekund, trasket ENIAC av sted med en fart på cirka 5000 addisjoner eller bare 300 multiplikasjoner pr. sekund. Og mens datamaskiner i dag, som bare koster et par tusen kroner, kan ha et internminne som er stort nok til å lagre over 100 000 tall, kunne EDVAC, en annen tidligere kjempe, bare lagre 1024 tall. Hva ble gjort for å gjøre dagens datamaskiner så mye mer virkningsfulle?

Tidlig i 1960-årene ble den lille og effektive transistoren introdusert. Forskerne var endelig i stand til å redusere størrelsen på sine saktegående, kraftkrevende monstre. Det måtte likevel gjøres enda et fremskritt før dagens datamaskiner kunne konstrueres. Dette fremskrittet skulle komme fra fotografiens verden.

Miniatyrisering og chipen

Som du naturligvis vet, kan en ved å bruke det rette utstyret forstørre eller forminske fotografier etter ønske. I de siste årene har man utviklet en teknikk som gjør at dataingeniørene fotografisk kan forminske store arbeidstegninger av datamaskinkretser til svært små størrelser. Disse arbeidstegningene kan være like komplisert som kartet over veinettet i en stor by, men når de forminskes, får de plass på en chip som er mindre enn en kontaktlinse. Fotografiene blir ikke fremstilt på vanlig fotopapir, men på løvtynne skiver av ren silisium, et av de stoffer som det er mest av på jorden, og som finnes i vanlig sand.

Visse egenskaper hos silisium gjør at det blir foretrukket framfor andre stoffer i fremstillingen av chiper. Forskjellige typer kjemiske forurensninger på silisium kan få det til å opptre som motstander, kondensatorer og også som transistorer. Så ved å behandle spesielle områder av en silisiumchip med slike forurensninger kan en reprodusere en komplett elektronisk krets på den.

Krystaller av silisium, som er dannet av smeltet og renset sand, bygges opp til de ligner lange salamipølser. Deretter blir de kuttet i tynne skiver og belagt med et spesielt belegg. Små bilder av de store elektroniske kretsene etses på skivene lag for lag. Kjemiske forurensninger tilsettes på de rette stedene. Og det som etterlates på chipene, er ikke bare bilder, men faktiske elektroniske kretser, som kalles integrerte kretser eller ICer.

Integrerte kretser som ble laget i 1960-årene, inneholdt cirka 100 elektroniske komponenter. Det satte ingeniørene i stand til å konstruere «små» datamaskiner på størrelse med en koffert for laboratorier og andre institusjoner. I slutten av 1970-årene fremstilte man LSI-chiper (large-scale-integration) med over 100 000 komponenter. Disse chipene er så komplisert at bare én slik chip teoretisk sett kunne utføre alle funksjonene i en komplett datamaskin, for eksempel betjene en mikrobølgeovn eller en bil. I dag snakker forskerne om VLSI-chiper (very large-scale-integration) som inneholder flere millioner komponenter. Tenk deg å presse kartet over veinettet i en by på over 2,5 millioner kvadratkilometer — mer enn tre ganger så stor som hele Den skandinaviske halvøy — inn på en chip på 0,4 kvadratcentimeter!

Chipen og du

Bruken av chipen utelukker mye tidkrevende lodding og manuelt arbeid som ville ha vært påkrevd ved fremstillingen av kompliserte elektroniske innretninger. Chipen gjør sluttproduktet billigere, mer pålitelig og mindre. Masseproduksjon har redusert prisene på chiper med spesielle egenskaper, for eksempel kapasitet til å lage lydsyntese, så drastisk at de blir brukt i alle slags produkter i dag.

Vi finner dermed disse chipene i spill som snakker, i salgsautomater og i biler som omgir oss på alle kanter. I enkelte land kan «sentralborddamen» som forteller deg hva klokken er, eller som gir deg et telefonnummer, være laget av silisium. Produkter på forbrukermarkedet som har innebygd en chip som forstår det du sier, er også i ferd med å vinne innpass. Enkelte av disse produktene er kanskje bare artige påfunn, men andre kan vise seg å være en etterlengtet hjelp for funksjonshemmede.

Chipen er også blitt benyttet i industrien og i forretningsverdenen. I fabrikker brukes de til å kontrollere roboter som kan erstatte mennesker i kjedelige, rutinepregede eller farlige jobber. De blir allerede brukt i stor målestokk ved fremstillingen av biler og gjør slike jobber som sveising og lakkering. På kontorer blir skrivemaskiner hurtig erstattet med elektroniske tekstbehandlingssystemer som kan kontrollere stavemåten din, som kan tillate deg å gjøre endringer uten at du må skrive hele dokumentet på nytt, og som også kan skrive ut adresselapper automatisk. Dette kan imidlertid ha både positive og negative sider. Kontorarbeidere er kanskje blitt frigjort fra det rutinemessige slavearbeidet, men de er isteden blitt fastere lenket til dataskjermen.

Silisiumchiper har på den annen side bidratt sterkt til den revolusjon innen kommunikasjonsteknologien som vår generasjon har vært vitne til. Bladet du leser, ble skrevet på dataskjermer, fotosatt av en datamaskin og trykt med assistanse av en datamaskin. Ved hjelp av det unike MEPS-systemet (flerspråklig elektronisk fotosatssystem) for datamaskinassistert fotosats og trykking er Selskapet Vakttårnet banebrytende når det gjelder utnyttelsen av den stadig mer alminnelige, verdifulle og nyttige elektroniske byggesteinen — silisiumchipen.