在大概50年里,软件从纸带穿孔变成了面向对象的编程语言,在集成开发环境中写程序
历史
大约,计算机由独立部件组成,称为分立元件,然后用线连接不同的组件 举例,ENIAC有17000多个真空管,7000个电阻,1000个电容器,7000个二极管,500万个手工焊点。 ,晶体管开始商业化,并在计算机中使用。晶体管比电子管小、快、可靠。晶体管仍然是分立元件。 ,IBM将709计算机从原电子管改为晶体管。 新机器诞生IBM7090速度快6倍,价格只有一半。晶体管标志着计算2.0时代的到来 ,这个问题的严重性已经达到了顶电脑里经常有很多电线缠绕在一起 解决方法 引入新的抽象层,包装复杂 ,当时jack killby在德州工作,演示一个电子元件:电路将所有元件集成在一起。 简单地说,与其将多个独立部件连接起来,拼接成计算机。 我们把多个组件包在一起,变成一个新的独立组件,集成电路(IC)(integrated Circuits)。 几个月后,1959年robert noyce 仙童半导体使集成电路成为现实,killby锗制成集成电路,锗少而不稳定,仙童半导体公司使用硅,硅含量丰富,占地壳的四分之一。Noyce被公认为现代集成电路之父。 IC例如,计算机工程师的乐高积木可以组合成无数种设计,但最终需要连接起来创建更大、更复杂的电路,如整个计算机,因此工程师可以创新和打印电路板(printed circuit boards)(PCB) PCB它可以大规模生产,不需要焊枪或大量的线。他通过蚀刻金属线将零件连接在一起。 把PCB和IC结合起来,可以大大和电线可以大大减少,但功能相同,更小,更便宜,更可靠,三赢 许多早期的IC它们都将非常小的分立元件包装成一个独立的单元,例如1964年IBM样品 不过,即使组件很小,塞5个以上的晶体管还是很困难,为了实现更复杂的设计需要新的制作工艺,光刻登场
光刻
简单来说,复杂的图案印在材料上,比如半导体,只有几个基本操作,但是可以制作复杂的电路 我的门从一片硅开始,叫,看起来像饼干。 然后加入一层叫做光刻胶的特殊化学品。光刻胶在光照下会变得可溶,可以用特殊的化学物质清洗 光刻胶本身不是很有用,单核光掩膜会很强 将光罩覆盖在晶体上,用强光阻挡光线。光刻胶不会改变。在光线发现的地方,光刻胶会发送化学变化。洗掉后,它会暴露出氧化层 注意氧化层光刻胶的保护 为了清洁光刻胶,我们用另一种化学物质清洗它 现在硅又暴露了。我们想修改硅暴露的区域,使其具有更好的导电性,因此我们使用化学过程来改变它,称为混合 掺杂通常由高温气体制成,如磷渗入暴露的硅,改变电气性质 我们还需要几轮光刻法来做晶体管,过程基本一样,先盖氧化层,再盖光刻胶 洗掉光刻胶,然后与另一种气体混合 最后一步是在氧化层上做通道,这样不同的晶体管可以用小金属导线连接 用光刻胶和光掩膜再次蚀刻小通道 因此,具有类似优势的步骤使用光刻胶 光掩膜,然后融化暴露的光刻胶和暴露的金属 每个区域的掺杂方式不同,叫双极型晶体管 我们可以把光掩膜聚焦到极小的区域,制作除非常精细的细节。 一片晶圆可以做很多IC,整块都做完后,可以切割然后包进微型芯片
摩尔定律
随着光刻技术发展,晶体管变小,密度变高 1960年初,IC很少超过5个晶体管,因为塞不下。 但1960年中期市场上出现超过100个晶体管的IC 1965年,戈登 摩尔看到了发展趋势,每两年左右,同样大小的空间,可以塞进两倍数量的晶体管,这叫摩尔定律。 芯片价格也急速下降,1962年平均50美元,下降到1968年2美元左右,如今就美分就可以买到IC。 晶体管小后,还有其他优势,晶体管越小,要移动的电荷量越少,能够更快的切换状态,耗电更少,电路更紧凑,还意味这延迟更低,导致时钟速度更快。 1980年,3万晶体管,1990年有100万晶体管,2000年有3000万个晶体管,2010年有10亿个晶体管 发展到现在14纳米,比红细胞小400倍,当然cpu不是唯一收益的,大多数的电子器件,都在指数发展:内存,显卡,固态硬盘,摄像头感光元件等等 如今的处理器,比如iphone 7的A10cpu有33亿个晶体管,面积仅仅1cm*1cm 如此多的晶体管无法使用人力绘制,1970年开始,超大规模集成软件(VLSI)(very-large-scale integration)用来自动生成芯片设计
摩尔定律极限
科学家在研制波长更短的光源,投射更小的形状 2当晶体管非常小,电极之间只有几个原子,电子会跳过间隙,这叫:量子隧道贯穿,如果晶体管漏电,就不是好开关