I dette blogginnlegget skal vi utforske hvordan smarttelefoner har utviklet seg til datamaskiner i håndflaten din, og de teknologiske nyvinningene og utfordringene på veien.
I 2025 begynner dagen vår med en smarttelefon, hvor vi søker etter nyheter eller sjekker meldinger i sosiale medier. I løpet av arbeidsdagen bruker vi smarttelefonene våre til å jobbe, spille spill, chatte og stresse ned. Når vi kommer hjem, vil vi fortsatt ha telefonene med oss, og vi sovner med dem ved siden av oss. Rundt om i verden kan folk ikke klare seg uten smarttelefonene sine. Denne dype integreringen i hverdagen vår har gjort smarttelefoner til mer enn bare en kommunikasjonsenhet; de har blitt viktige verktøy for tilgang til informasjon, sosiale nettverk, underholdning og shopping. Spesielt siden COVID-19-pandemien, ettersom fjernarbeid og nettbasert læring har blitt mer vanlig, har vår avhengighet av smarttelefoner økt. Mens tilstedeværelsen av smarttelefoner har maksimert bekvemmeligheten av livene våre, har det også ført til mindre direkte kommunikasjon mellom mennesker og overbelastning av informasjon.
Hovedårsaken til at smarttelefoner har blitt så populære er at de kan gjøre det meste av det en datamaskin kan på en liten enhet. Det er som å ha en datamaskin i håndflaten. Når du tenker på at verdens første datamaskin, Aniak, bygget i 1946, veide et tonn og var stor nok til å ta opp et helt rom i et laboratorium, kan du få en ide om hvor langt vi har kommet på rundt 70 år. Det var mange teknologiske nyvinninger bak utviklingen av disse store datamaskinene til størrelsen på dagens smarttelefoner, men hva er teknologiene som gjorde det mulig å utvikle «små datamaskiner» som smarttelefoner og gjøre dem tilgjengelige for mange mennesker?
For det første, for å realisere en datamaskin, trenger du en krets som kan lagre og behandle informasjon. Dette krever halvlederenheter, som hovedsakelig er laget av silisium. Halvledere ligger mellom ledere som leder elektrisitet godt og ikke-ledere som ikke leder elektrisitet godt, og egenskapene deres varierer mye avhengig av omgivelsesforholdene. Ved å koble sammen halvledere hvis egenskaper endres avhengig av forholdene, kan en krets implementeres for å lage en datamaskin som kan utføre ulike oppgaver avhengig av forholdene. Når det gjelder den nevnte Aniak, ble datamaskinen bygget ved hjelp av halvledere kalt vakuumrør. Men fordi vakuumrørene var så store, måtte datamaskiner være store. I 1947 ble imidlertid en halvleder kalt transistoren oppfunnet, noe som revolusjonerte kretsdesign. Før oppfinnelsen av transistoren ble kretser realisert ved å koble sammen ulike enheter, inkludert halvlederenheter, ved hjelp av kobbertråder, men etter oppfinnelsen av transistoren ble kretser realisert ved å kombinere ulike enheter på et lite substrat slik at de ikke kunne skilles. Introduksjonen av transistorer banet vei for datamaskiner til å bli mindre og mer effektive.
Fordi de kan integreres, kalles de resulterende kretsene integrerte kretser. Integrerte kretser var i stand til å forbedre påliteligheten og lang levetid i forhold til tradisjonelle kretser, og forskningen fortsatte. Spesielt på 1960-tallet gikk fremskritt innen halvlederteknologi raskt. I 1962 ble MOSFET utviklet, noe som dramatisk endret måten integrerte kretser ble designet på. Mens MOSFET-er kan fremstilles som frittstående enheter, er deres største fordel at de er spesialiserte for integrert kretsdesign. MOSFET-er er laget ved å feste metaller til et silisiumsubstrat, hovedkomponenten i en halvleder, og barbere av de delene av substratet som ikke er nødvendig. Prosessen med å tegne områdene på underlaget som skal være MOSFET-er, koble sammen metallene og barbere av områdene som ikke er nødvendige, resulterer i en krets med MOSFET-er koblet til metallene. Denne prosessen førte til moderne mikroprosesseringsteknologi, som gjorde det mulig å realisere mer komplekse og avanserte kretsløp. Mange refererer til kretsdesign som skjematisk design fordi kretsen er tegnet på et brett og deretter behandlet for å lage kretsen. Fordelen med denne typen kretsdesign er at mange kopier av samme krets kan lages samtidig, akkurat som å tegne et bilde og lage flere kopier. Masseproduksjon ble mulig.
Vi kan ikke snakke om utviklingen av integrerte kretser uten å nevne Moores lov. I 1965 spådde Gordon Moore, grunnleggeren av Intel, at antallet MOSFET-enheter i en integrert krets, eller tetthet, ville dobles hver 18. måned. Dette samsvarer med at størrelsen på MOSFET-enheter halveres hver 18. måned. Mens ingeniører som utvikler halvlederenheter ser på Moores lov når det gjelder reduksjon av enhetsstørrelse, har kretsdesignere tolket det i form av kretsintegrasjon. Denne spådommen, som fikk alle til å klø seg i hodet, har holdt stand i 50 år, og integrerte kretsløp har gjort store fremskritt. Dobling av tettheten betyr at 18 måneder senere kan samme størrelse krets gjøre dobbelt så mye. I tillegg kan en krets som gjør det samme 18 måneder senere implementeres i halv størrelse hvis tettheten dobles. Denne loven var hoveddriveren for teknologisk fremgang i halvlederindustrien frem til begynnelsen av det 21. århundre. Det muliggjorde miniatyrisering samtidig. Dette tillot datamaskiner å gradvis krympe i størrelse, og på 2010-tallet ble smarttelefoner født.
Miniatyriseringen av MOSFET-er, økningen i tettheten av integrerte kretser og fremskrittet av prosessteknologi har muliggjort masseproduksjon, og gjort smarttelefoner tilgjengelige for alle. Imidlertid har ingeniører de siste årene hevdet at MOSFET-enheter allerede er små nok til at ytterligere miniatyrisering er vanskelig, og noen mennesker er skeptiske til miniatyrisering på grunn av økningen i strømforbruket gjennom økningen i antall enheter. Imidlertid forfølger ingeniører som har utviklet integrerte kretser i flere tiår fremskritt på en rekke måter. For eksempel modellerer forskere den menneskelige hjernens nevroner, som kan utføre mange beregninger mens de bruker lite energi, og prøver å inkorporere dem i integrerte kretsløp. Dette feltet av nevromorfisk teknikk har potensial til å bli brukt ikke bare i smarttelefoner, men også i kunstig intelligens (AI), autonom kjøring og helsetjenester. Hvis denne forskningen fortsetter, kan vi se bærbare datamaskiner eller datamaskiner som kan injiseres i kroppen, som for øyeblikket anses som umulige. Disse innovasjonene forventes å revolusjonere ikke bare våre daglige liv, men også samfunnet som helhet. Hvem hadde forestilt seg for 50 år siden at vi skulle bære en datamaskin i hendene?
