V análoch ľudských vynálezov existujú objavy, ktoré sú viditeľné a oslavované – koleso, parný stroj, žiarovka…
A potom sú tu objavy, ktorých význam je taký fundamentálny a ich povaha taká mikroskopická, že sa stali neviditeľným základom našej reality. Práve do tejto kategórie patrí tranzistor.
Keď sa 30. júna 1948 v Bellových laboratóriách v New Yorku konala malá tlačová konferencia, len málokto z prítomných novinárov tušil, že je svedkom niečoho viac než len prezentácie novej elektronickej súčiastky. Boli svedkami „Veľkého tresku“ digitálneho veku.
Chcete sa dozvedieť viac tech noviniek? Vypočujte si náš podcast, ktorý kompletne vytvorila umelá inteligencia:
Svet pred tranzistorom
Aby sme pochopili, prečo je tranzistor tak extrémne dôležitý, musíme sa ponoriť do sveta, ktorý mu predchádzal. Bol to svet, ktorému vládli elektrónky (vákuové trubice). Tieto krehké sklenené banky, žeraviace ako miniatúrne žiarovky, boli v prvej polovici 20. storočia jediným spôsobom, ako zosilňovať elektronické signály alebo fungovať ako spínače. Boli však stelesnením nespoľahlivosti a neefektivity.
Predstavte si prvý skutočne elektronický počítač ENIAC z roku 1946. Nebol to stôl, bola to miestnosť. Vážil 30 ton a obsahoval takmer 18 000 elektrónok. Keď bol v prevádzke, spotreboval toľko elektriny ako malé mesto a jeho chladiaci systém bol ohlušujúci.
Najväčším problémom však bola poruchovosť. V priemere každých pár hodín nejaká elektrónka zlyhala a tím technikov musel pátrať po chybnom kuse. V takomto svete bol koncept osobného, prenosného počítača čistou vedeckou fantastikou. Elektronika bola odsúdená na to, aby bola gigantická, energeticky pažravá a extrémne drahá.
Potom to prišlo. Tranzistor
Tím vedcov v Bell Labs – John Bardeen, Walter Brattain a William Shockley – hľadal svätý grál elektroniky, náhradu za elektrónku, ktorá by bola malá, odolná a fungovala by v pevnom stave, bez vákua a žeraviaceho vlákna.
Po rokoch experimentovania s polovodičovými materiálmi ako germánium sa im to podarilo. V decembri 1947 zostrojili prvý funkčný tranzistor. Bol to neforemný, ručne vyrobený prototyp, no dokázal niečo nevídané – zosilnil elektrický signál.
Keď ho 30. júna 1948 prvýkrát predstavili verejnosti, ukázali svetu súčiastku, ktorá bola v každom ohľade pravým opakom elektrónky. Bola malá, mechanicky odolná, spotrebovala zlomok energie a takmer nevydávala teplo. Veda konečne našla spôsob, ako skrotiť elektróny v pevnej látke.
Prvé desaťročie sa tranzistory používali ako samostatné súčiastky – malé čierne valčeky s tromi nožičkami, ktoré nahradili elektrónky v rádiách (slávne „tranzistoráky“) či v načúvacích prístrojoch. To bola prvá vlna miniaturizácie.
Skutočná revolúcia však nastala, keď inžinieri prišli na to, ako vyrobiť nielen jeden tranzistor, ale hneď niekoľko, spolu s ďalšími komponentmi, na jedinom miniatúrnom kúsku kremíka. Tak sa zrodil integrovaný obvod alebo mikročip. Tento vynález, pripisovaný Jackovi Kilbymu a Robertovi Noyceovi, odštartoval exponenciálny rast.
Tento rast dokonale popísal spoluzakladateľ spoločnosti Intel, Gordon Moore. Jeho Mooreov zákon v roku 1965 predpovedal, že počet tranzistorov na jednom čipe sa bude približne každé dva roky zdvojnásobovať pri zachovaní rovnakej ceny. Tento zákon sa stal hnacím motorom celého technologického priemyslu.
Inžinieri sa naučili „tlačiť“ tranzistory stále menšie a menšie, z mikrometrov na dnešné nanometre. Z desiatok tranzistorov na čipe sa stali tisíce, potom milióny a dnes už miliardy.
Dnes nie sú len niekde, sú doslova všade a vo všetkom, čo je digitálne. Len už nevyzerajú ako samostatné súčiastky, ktoré vidíte na starých doskách plošných spojov. Sú to mikroskopické, neviditeľné spínače, ktoré tvoria podstatu modernej elektroniky.
Akú úlohu majú tranzistory dnes?
Sú základnou jednotkou, ktorá spracováva a ukladá informácie. Každý tranzistor v digitálnom čipe funguje ako extrémne rýchly spínač, ktorý môže byť buď v stave zapnutý (reprezentuje logickú jednotku, 1) alebo vypnutý (reprezentuje logickú nulu, 0). Kombináciou miliárd týchto spínačov sa vykonávajú všetky operácie.
- V procesore (CPU): Procesor vo vašom telefóne alebo počítači je čip, ktorý obsahuje desiatky miliárd tranzistorov. Tieto sa prepínajú miliardykrát za sekundu a vykonávajú všetky výpočty – od otvorenia aplikácie cez prehranie videa až po zobrazenie tohto textu.
- V pamäti (RAM a Flash): Pamäťové čipy používajú tranzistory na dočasné alebo trvalé ukladanie binárnych dát (jednotiek a núl). Každý uložený bit je reprezentovaný stavom jedného alebo viacerých tranzistorov.
- V snímači fotoaparátu: Digitálny fotoaparát má obrazový snímač, ktorý je v podstate mriežkou miliónov svetlocitlivých tranzistorov (fotodiód). Každý z nich meria intenzitu svetla a premieňa ju na digitálny signál, čím vytvára obraz.
- V každom smart zariadení: Od vašej smart TV, cez práčku, kávovar, auto až po inteligentnú žiarovku – ak má zariadenie displej, pamäť alebo akúkoľvek formu inteligencie, riadi ho mikročip. A každý mikročip je armádou miliárd tranzistorov.
Tranzistor nie je len ďalšou súčiastkou. Je to nervový systém našej civilizácie. Prvá neforemná súčiastka, ktorú vedci v Bell Labs s hrdosťou ukázali svetu 30. júna 1948, sa vyvinula na nepredstaviteľné bilióny mikroskopických motorov, ktoré poháňajú našu prácu, komunikáciu, zábavu aj vedu. Takže áno, tranzistory sa stále používajú. A v zariadení, na ktorom čítate tieto riadky, ich práve teraz pracujú miliardy.