Mikroprosessorar er ikkje berre å finne i tradisjonelle datamaskiner. Langt fleire små mikroprosessorar er å finne i andre ting vi har rundt oss, slik som mikrobølgeovnar,
Mikroprosessorar finst i svært mange ting
kaffitraktarar, mobiltelefonar, klokker, fjernsyn, steroanlegg, kredittkort, leiker, medisinsk utstyr og bilar. I ein moderne BMW er det for eksempel over 60 mikroprosessorar!
Vi treng mikroprosessorane i ein moderne kvardag. Dei gjer det mogleg å komunisere med mobiltelefonar, passar tida i alle slags elektroniske tidsplanleggjarar, dei tek seg også av styring av kritiske system som bremser i bilar og brannvarslarar.
Utan at vi kanskje veit det: Vi stoler på at mikroprosessorane skal få oss velberga gjennom kvardagen!
Pentium 4: 125 millionar transistorar
Mikroprosessoren som står i mange datamaskiner i dag, er ein Pentium 4 frå Intel. Prosessoren er produsert i ein prosessteknologi der dei minste byggjeblokkene er berre 90 nanometer store. Eit hårstrå er 50 mikrometer.
Unni studerer datamaskinens hjerne (Foto: NRK)
Det vil seie at det grovt sett er plass til 550 av desse bygjeblokkene i bredda på eit hårstrå.
Dei minste byggjeblokkene er transistorar; ein kan i prinsippet tenkje seg dei som brytarar som kan skruast av og på. Pentium 4 har 125 millionar transistorar. Alle desse transistorane får plass på eit areal på 122 kvadrat mm, eit kvadrat med sider på omlag 10,6 mm.
Viss ein tenkjer seg at kvar av desse transistorane var 1x1 mm. ville prosessoren bli eit kvadrat med sider på meir enn 11 meter, som grunnflata i eit vanleg hus!
Pentium 4 kan utføre meir enn 3 milliardar rekneoperasjonar i sekundet.
Den første mikroprosessoren (Foto: NRK)
Jo mindre, jo betre!
Den fyrste mikroprosessoren Intel 4004 kom i 1971 og hadde 2 300 transistorar og var 12 kvadrat mm stor. Pentium 4 har nesten 5500 gonger så mange prosessorar på eit areal som berre er 10 gonger så stort.
Det er reduksjonen i storleik som er hovudårsaka til at det er mogleg å lage prosessorar med alle dei millionar av transistorar me har i dag.
Mikroproduksjon
Å lage mikroprosessorar krev stor nøyaktigheit. Alt er så lite! Prosessorane vert laga av silisium, eit halvleiarmateriale. Ein halvleiar fører straum på gitte vilkår.
Ved å bruke halvleiarmateriale, er det mogleg å slå av og på transistorane som brytarar. Ved å setje saman transistorane som byggjeblokker, er det mogleg å lage elektroniske kretsar som for eksempel kan leggje saman tal, og ved å setje saman kretsar med forskjelig funksjonalitet, kan ein få ein mikroprosessor.
Som å framkalle fotografi
Prosessen minner om måten ein fremkallar fotografi på. Ein lagar fyrst ei maske der alle transistorane er tegna inn (som eit negativ for eit fotografi). Der det skal vere ein transistor, slepp maska ultrafiolett lys gjennom. I tillegg til masker som definerer transistorar, må det lagast masker som fortel korleis dei skal koplast saman.
Fleire mikroprosessorar på ei silisiumsskive (Foto: NRK)
Ein legg så eit lysfølsomt materiale på ei silisiumsskive, legg maska over og lyser på silisiumskiva. Ved å bruke ein etseprosess kan ein så etse vekk det lysfølsomme materialet der transistorane skal vere.
Når transistorane er laga, legg ein først på eit lag med isolasjonsmateriale der leidningane som skal kople saman transistorane skal ligge. Deretter vert det lagt på eit lag med eit materiale som kan leie strøm (kopar eller aluminium). Prosessen med å legje på eit lysfølsomt materiale vert så gjentatt for å kunne bruke masker for plasering av leidningane.
Når ein har laga alle lag med leidningar for samankopling av transistorar, vert prosessoren sett inn i ein pakke. Pakken inneheld sjølve silisiumsbrikken med prosessoren og ei mengd pinnar for å kople prosessoren til for eksempel hovudkortet i ei datamaskin.
Se Newton søndag 30. januar på NRK1 kl.18.30 – da får du vite mer om datamaskinen og tredimensjonal (3D) grafikk.