I dette blogindlæg vil vi undersøge, hvordan smartphones har udviklet sig til computere i din håndflade, og de teknologiske innovationer og udfordringer undervejs.
I 2025 begynder vores dag med en smartphone, hvor vi søger efter nyheder eller tjekker beskeder på sociale medier. I løbet af arbejdsdagen bruger vi vores smartphones til at arbejde, spille spil, chatte og stresse af. Når vi kommer hjem, har vi stadig vores telefoner med os, og vi falder i søvn med dem ved siden af os. Rundt om i verden kan folk ikke undvære deres smartphones. Denne dybe integration i vores daglige liv har gjort smartphones til mere end blot en kommunikationsenhed; de er blevet væsentlige værktøjer til at få adgang til information, sociale netværk, underholdning og shopping. Især siden COVID-19-pandemien, efterhånden som fjernarbejde og onlinelæring er blevet mere almindeligt, er vores afhængighed af smartphones øget. Mens tilstedeværelsen af smartphones har maksimeret bekvemmeligheden i vores liv, har det også ført til mindre direkte kommunikation mellem mennesker og overbelastning af information.
Hovedårsagen til, at smartphones er blevet så populære, er, at de kan det meste af, hvad en computer kan på en lille enhed. Det er som at have en computer i din hule hånd. Når man tænker på, at verdens første computer, Aniak, bygget i 1946, vejede et ton og var stor nok til at optage et helt rum i et laboratorium, kan man få en idé om, hvor langt vi er nået på omkring 70 år. Der var mange teknologiske innovationer bag udviklingen af disse store computere til størrelsen af nutidens smartphones, men hvilke teknologier har gjort det muligt at udvikle "små computere" som smartphones og gøre dem tilgængelige for mange mennesker?
For det første, for at realisere en computer, har du brug for et kredsløb, der kan lagre og behandle information. Dette kræver halvlederenheder, som hovedsageligt er lavet af silicium. Halvledere ligger mellem ledere, der leder elektricitet godt og ikke-ledere, der ikke leder elektricitet godt, og deres egenskaber varierer meget afhængigt af de omgivende forhold. Ved at forbinde halvledere, hvis egenskaber ændrer sig afhængigt af forholdene, kan et kredsløb implementeres til at skabe en computer, der kan udføre forskellige opgaver afhængigt af forholdene. I tilfældet med førnævnte Aniak blev computeren bygget ved hjælp af halvledere kaldet vakuumrør. Men fordi vakuumrør var så store, skulle computere være store. Men i 1947 blev en halvleder kaldet transistoren opfundet, hvilket revolutionerede kredsløbsdesign. Før opfindelsen af transistoren blev kredsløb realiseret ved at forbinde forskellige enheder, herunder halvlederenheder, ved hjælp af kobberledninger, men efter opfindelsen af transistoren blev kredsløb realiseret ved at kombinere forskellige enheder på et lille substrat, så de ikke kunne adskilles. Introduktionen af transistorer banede vejen for, at computere blev mindre og mere effektive.
Fordi de kan integreres, kaldes de resulterende kredsløb integrerede kredsløb. Integrerede kredsløb var i stand til at forbedre pålideligheden og levetiden i forhold til traditionelle kredsløb, og forskningen fortsatte. Især i 1960'erne var fremskridtene inden for halvlederteknologi hurtige. I 1962 blev MOSFET udviklet, hvilket dramatisk ændrede den måde, integrerede kredsløb blev designet på. Mens MOSFET'er kan fremstilles som selvstændige enheder, er deres største fordel, at de er specialiserede til integreret kredsløbsdesign. MOSFET'er fremstilles ved at fastgøre metaller til et siliciumsubstrat, hovedkomponenten i en halvleder, og barbere de dele af substratet af, som ikke er nødvendige. Processen med at tegne de områder på substratet, der skal være MOSFET'er, forbinde metallerne og barbere de områder af, der ikke er nødvendige, resulterer i et kredsløb med MOSFET'er forbundet til metallerne. Denne proces førte til moderne mikroprocesseringsteknologi, som gjorde det muligt at realisere mere komplekse og avancerede kredsløb. Mange mennesker refererer til kredsløbsdesign som skematisk design, fordi kredsløbet er tegnet på et bræt og derefter behandlet for at skabe kredsløbet. Fordelen ved denne type kredsløbsdesign er, at der kan laves mange kopier af det samme kredsløb på samme tid, ligesom at tegne et billede og lave flere kopier. Masseproduktion blev mulig.
Vi kan ikke tale om udviklingen af integrerede kredsløb uden at nævne Moores lov. I 1965 forudsagde Gordon Moore, grundlæggeren af Intel, at antallet af MOSFET-enheder i et integreret kredsløb, eller tæthed, ville fordobles hver 18. måned. Dette er i overensstemmelse med, at størrelsen af MOSFET-enheder halveres hver 18. måned. Mens ingeniører, der udvikler halvlederenheder, ser på Moores lov i form af reduktion af enhedsstørrelse, har kredsløbsdesignere fortolket det i form af kredsløbsintegration. Denne forudsigelse, som fik alle til at klø sig i hovedet, har holdt stand i 50 år, og integrerede kredsløb har gjort store fremskridt. En fordobling af tætheden betyder, at 18 måneder senere kan samme størrelse kredsløb gøre dobbelt så meget. Derudover kan et kredsløb, der gør det samme 18 måneder senere, implementeres i halv størrelse, hvis dets tæthed fordobles. Denne lov var den vigtigste drivkraft bag teknologiske fremskridt i halvlederindustrien indtil begyndelsen af det 21. århundrede. Det muliggjorde miniaturisering på samme tid. Dette gjorde det muligt for computere gradvist at skrumpe i størrelse, og i 2010'erne blev smartphones født.
Miniaturiseringen af MOSFET'er, stigningen i tætheden af integrerede kredsløb og fremskridt inden for procesteknologi har muliggjort masseproduktion, hvilket gør smartphones tilgængelige for alle. Men i de senere år har ingeniører hævdet, at MOSFET-enheder allerede er små nok til, at yderligere miniaturisering er vanskelig, og nogle mennesker er skeptiske over for miniaturisering på grund af stigningen i strømforbruget gennem stigningen i antallet af enheder. Ingeniører, der har udviklet integrerede kredsløb i årtier, forfølger imidlertid fremskridt på en række forskellige måder. For eksempel modellerer forskere den menneskelige hjernes neuroner, som kan udføre mange beregninger, mens de bruger lidt energi, og forsøger at inkorporere dem i integrerede kredsløb. Dette felt af neuromorfisk ingeniørarbejde har potentialet til at blive brugt ikke kun i smartphones, men også i kunstig intelligens (AI), autonom kørsel og sundhedspleje. Hvis denne forskning fortsætter, kan vi se bærbare computere eller computere, der kan sprøjtes ind i kroppen, som i øjeblikket anses for umulige. Disse innovationer forventes at revolutionere ikke kun vores daglige liv, men også samfundet som helhed. Hvem ville have forestillet sig for 50 år siden, at vi ville have en computer i hænderne?
