Mạch tích hợp sau 50 năm: Nhanh hơn, nhỏ hơn và rẻ hơn

Notebook, điện thoại thông minh, đầu đĩa Blu-ray - những sản phẩm được nhiều người mong muốn sở hữu hiện nay - có thể sẽ không tồn tại nếu mạch điện tử IC (integrated circuit) không xuất hiện.
>J. Kibly - người thay đổi diện mạo công nghệ thế giới / Vi mạch không hẳn là thành quả của Robert Noyce

IC không chỉ mở ra ngành điện tử tiêu dùng hiện đại mà còn thúc đẩy lĩnh vực này phát triển với hàng loạt chip hiệu suất cao, nhỏ và giá rẻ được sản xuất mỗi năm.

Vi mạch điện tử được kỹ sư Jack Kilby thuộc công ty Texas Instruments (Mỹ) trình diễn cách đây 5 thập kỷ - phát minh giúp ông giành giải Nobel Vật lý năm 2000. Sản phẩm lúc đó (ảnh) chỉ có một transistor cùng vài bộ phận khác trên một miếng germani mỏng, trong khi "hậu duệ" của nó ngày nay chứa hành trăm bóng bán dẫn trên một diện tích chỉ bằng kích thước tế bào máu.

Thực ra, thiết kế IC là ý tưởng của nhiều kỹ sư vào những năm 50 của thế kỷ trước. Một trong số đó là Robert Noyce, đồng sáng lập công ty Fairchild. Một năm sau khi Kilby xây dựng mạch IC, Noyce đăng ký bản quyền cho cấu trúc bán dẫn tương tự và đến 1960, công ty ông sản xuất mạch tích hợp đầu tiên trên một miếng silicon (thay vì germanium). Kilby và Noyce về sau đều được trao Huân chương khoa học quốc gia (Mỹ) và cả hai được coi là đồng phát minh IC.

Dù mạch tích hợp có những ưu điểm đáng ghi nhận (giá rẻ, cải thiện khả năng hoạt động của thiết bị), phải khá lâu sau IC mới được đưa vào trong các ứng dụng thực. Năm 1961, Texas Instruments xây dựng hệ thống có tên "Molecular Electronic Computer" (máy tính điện tử phân tử) cho Lực lượng không quân Mỹ và chứng minh 587 IC có thể thay thế 8.500 transistor.

Năm 1962, Texas Instruments giành được hợp đồng thiết kế 22 mạch tùy biến cho hệ thống điều khiển tên lửa Minuteman I và II. Đây là tên lửa đầu tiên trên thế giới sử dụng mạch tích hợp và công nghệ bán dẫn.

Đồng sáng lập Intel Gordon Moore cũng đóng vai trò quan trọng trong sự phát triển IC. Năm 1965, khi còn là giám đốc bộ phận R&D tại Fairchild Semiconductor, ông viết bản "The Future of Integrated Electronics" (Tương lai của điện toán tích hợp), dự đoán số thành phần trong mỗi chip đạt 65.000 vào năm đó và sẽ nhân đôi theo từng năm, về sau được biết đến như là "định luật Moore" - kim chỉ nam của ngành điện toán suốt 4 thập niên qua.

Trong những năm 60 của thế kỷ 20, máy tính cơ (calculator) cồng kềnh như hệ thống desktop ngày nay và cũng phải cắm vào nguồn điện. Năm 1969, công ty Nippon đề nghị Intel thiết kế 12 chip tùy biến để xây dựng một hệ thống calculator hoàn toàn mới: Busicom 141-PF (ảnh). Và chip 4004 ra đời.

Từ máy tính bỏ túi đến đồng hồ điện tử, IC lần lượt xuất hiện trong một loạt ứng dụng và thiết bị hiện đại.

Ngày nay, những nhà sản xuất như Intel và AMD có thể đưa hàng trăm triệu bóng bán dẫn vào trong chip đa lõi, còn giá bán của chúng chỉ bằng một phần triệu giá transistor năm 1968.

Lê Nguyên (Ảnh: WiredNews)