Selles blogipostituses uurime, kuidas nutitelefonid on arenenud peopesaarvutiteks ning milliseid tehnoloogilisi uuendusi ja väljakutseid see teekond on kaasa toonud.
Aastal 2025 algab meie päev nutitelefoniga, millega otsime uudiseid või kontrollime sotsiaalmeedia sõnumeid. Tööpäeva jooksul kasutame oma nutitelefone töötamiseks, mängude mängimiseks, vestlemiseks ja stressi maandamiseks. Koju jõudes on meil telefonid ikka kaasas ja me jääme nendega magama. Üle maailma ei saa inimesed ilma nutitelefonideta hakkama. See sügav integreerumine meie igapäevaellu on muutnud nutitelefonid enamaks kui lihtsalt suhtlusvahendiks; neist on saanud olulised vahendid teabele juurdepääsuks, sotsiaalvõrgustikes suhtlemiseks, meelelahutuseks ja ostlemiseks. Eriti pärast COVID-19 pandeemiat, kuna kaugtöö ja veebipõhine õpe on muutunud tavalisemaks, on suurenenud meie sõltuvus nutitelefonidest. Kuigi nutitelefonide olemasolu on meie elu mugavust maksimeerinud, on see toonud kaasa ka inimestevahelise otsese suhtluse vähenemise ja info ülekülluse.
Peamine põhjus, miks nutitelefonid on muutunud nii populaarseks, on see, et nad suudavad teha enamiku sellest, mida arvuti väikesel seadmel teha suudab. See on nagu arvuti omamine peopesal. Kui arvestada, et maailma esimene arvuti, 1946. aastal ehitatud Aniak, kaalus tonni ja oli piisavalt suur, et võtta enda alla terve laboriruum, siis saab aimu, kui kaugele me umbes 70 aastaga oleme jõudnud. Nende suurte arvutite arengu taga tänapäevaste nutitelefonide suuruseks oli palju tehnoloogilisi uuendusi, aga millised tehnoloogiad võimaldasid arendada "väikeseid arvuteid" nagu nutitelefonid ja muuta need paljudele inimestele kättesaadavaks?
Esiteks on arvuti realiseerimiseks vaja vooluringi, mis suudab salvestada ja töödelda teavet. Selleks on vaja pooljuhtseadmeid, mis on peamiselt valmistatud ränist. Pooljuhid on vahepealsed hästi elektrit juhtivate juhtide ja halvasti elektrit juhtivate mittejuhtide vahel ning nende omadused varieeruvad suuresti sõltuvalt ümbritsevatest tingimustest. Pooljuhtide ühendamise teel, mille omadused muutuvad sõltuvalt tingimustest, saab luua vooluringi, mis suudab olenevalt tingimustest täita erinevaid ülesandeid. Eelmainitud Aniaki puhul ehitati arvuti vaakumtorudeks nimetatud pooljuhtide abil. Kuna vaakumtorud olid aga nii suured, pidid ka arvutid olema suured. 1947. aastal leiutati aga pooljuht nimega transistor, mis muutis vooluringide disaini revolutsiooniliselt. Enne transistori leiutamist loodi vooluringid erinevate seadmete, sealhulgas pooljuhtseadmete, ühendamise teel vaskjuhtmete abil, kuid pärast transistori leiutamist loodi vooluringid erinevate seadmete kombineerimise teel väikesel aluspinnal, nii et neid ei saanud eraldada. Transistoride kasutuselevõtt sillutas teed arvutite väiksemaks ja tõhusamaks muutumisele.
Kuna neid saab integreerida, nimetatakse saadud vooluringe integraallülitusteks. Integraallülitused suutsid traditsiooniliste vooluringidega võrreldes parandada töökindlust ja pikaealisust ning uuringud jätkusid. Eriti 1960. aastatel oli pooljuhtide tehnoloogia areng kiire. 1962. aastal töötati välja MOSFET, mis muutis dramaatiliselt integraallülituste projekteerimise viisi. Kuigi MOSFET-e saab valmistada iseseisvate seadmetena, on nende peamine eelis see, et nad on spetsialiseerunud integraallülituste projekteerimisele. MOSFET-id valmistatakse metallide kinnitamise teel ränisubstraadile, mis on pooljuhi põhikomponent, ja substraadi mittevajalike osade maharaiumise teel. Protsess, kus substraadile joonistatakse MOSFET-ide alad, ühendatakse metallid ja maharaiutakse mittevajalikud alad, annab tulemuseks vooluringi, mille MOSFET-id on ühendatud metallidega. See protsess viis tänapäevase mikroprotsessitehnoloogiani, mis võimaldas realiseerida keerukamaid ja täiustatumaid vooluringe. Paljud inimesed nimetavad vooluringide projekteerimist skemaatiliseks projekteerimiseks, sest vooluring joonistatakse plaadile ja seejärel töödeldakse seda vooluringi loomiseks. Sellise vooluringi disaini eeliseks on see, et samast vooluringist saab teha korraga palju koopiaid, just nagu pildi joonistamine ja mitme koopia tegemine. Masstootmine muutus võimalikuks.
Integraallülituste arengust rääkides ei saa mainimata jätta Moore'i seadust. 1965. aastal ennustas Inteli asutaja Gordon Moore, et integraallülituses olevate MOSFET-seadmete arv ehk tihedus kahekordistub iga 18 kuu järel. See on kooskõlas MOSFET-seadmete suuruse poole võrra vähenemisega iga 18 kuu järel. Kui pooljuhtseadmeid arendavad insenerid vaatavad Moore'i seadust seadme suuruse vähendamise kontekstis, siis vooluringide disainerid on seda tõlgendanud vooluringide integreerimise kontekstis. See ennustus, mis pani kõik kukalt kratsima, on pidanud paika 50 aastat ja integraallülitused on teinud suuri edusamme. Tiheduse kahekordistamine tähendab, et 18 kuud hiljem saab sama suurusega vooluring teha kaks korda rohkem. Lisaks saab vooluringi, mis teeb sama asja 18 kuud hiljem, rakendada poole väiksemana, kui selle tihedus kahekordistub. See seadus oli pooljuhtide tööstuse tehnoloogilise progressi peamine liikumapanev jõud kuni 21. sajandi alguseni. See võimaldas samal ajal miniaturiseerimist. See võimaldas arvutite suuruse järkjärgulist vähenemist ja 2010. aastatel sündisid nutitelefonid.
MOSFET-ide miniaturiseerimine, integraallülituste tiheduse suurenemine ja protsessitehnoloogia areng on võimaldanud masstootmist, muutes nutitelefonid kõigile kättesaadavaks. Viimastel aastatel on insenerid aga väitnud, et MOSFET-seadmed on juba piisavalt väikesed, et edasine miniaturiseerimine on keeruline, ja mõned inimesed suhtuvad miniaturiseerimisse skeptiliselt, kuna seadmete arvu suurenemisega kaasneb energiatarve suurenemine. Insenerid, kes on integraallülitusi arendanud aastakümneid, otsivad aga edusamme mitmel viisil. Näiteks modelleerivad teadlased inimese aju neuroneid, mis suudavad vähese energiatarbimisega teha palju arvutusi, ja püüavad neid integraallülitustesse integreerida. Sellel neuromorfoloogilise inseneritöö valdkonnal on potentsiaali kasutada mitte ainult nutitelefonides, vaid ka tehisintellektis (AI), autonoomses autojuhtimises ja tervishoius. Kui see uurimistöö jätkub, võime näha kantavaid arvuteid või arvuteid, mida saab kehasse süstida, mida praegu peetakse võimatuks. Need uuendused peaksid muutma revolutsiooniliselt mitte ainult meie igapäevaelu, vaid ka kogu ühiskonda. Kes oleks 50 aastat tagasi osanud ette kujutada, et kanname käes arvutit?
