Mikročipy z rodičovskej garáže
Kremík potom znečistíme. S vysokou presnosťou z hľadiska miesta aj množstva. Odborný názov tohto postupu – dotácia, tu výnimočne nesúvisí s korupciou ani pretláčaním politickej agendy. Na zvládnutie tohto na prvý pohľad jednoduchého procesu je potrebné minimálne päť rokov štúdia na technickej univerzite. Alebo aj nie?
Prvé pokusy s integráciou, teda zlúčením viacerých súčiastok do jednej, pochádzajú ešte z doby, keď tváre nadšených poslucháčov rozhlasu ožarovalo teplé svetlo elektrónok. Motivátorom bol, ako v mnohých prípadoch, štát a jeho daňové zaťaženie. V Nemecku sa daň z rádiových prijímačoch platila podľa počtu pätíc na elektrónky. V roku 1926 sa firme Loewe-Audion podarilo do jednej pätice integrovať tri elektrónky, dva kondenzátory a štyri rezistory. Po doplnení pár komponentov vznikol kompletný rádioprijímač.
Príchod polovodičových tranzistorov
Zlatá doba mikročipov však nastala až s príchodom polovodičových tranzistorov. Za prvé takéto zariadenie sa považuje obvod vytvorený vo firme Texas Instruments Jackom Kilbym. Potom sa vývoj neskutočne zrýchlil. Začiatkom sedemdesiatych rokov prišla súčiastka tvoriaca základ každého počítača – mikroprocesor. Dnešné integrované obvody obsahujú bilióny tranzistorov, pričom najmenšie rozmery prvku sú na úrovni miliardtin metra. Nájsť komplikovanejšie technické zariadenie bez mikročipu je prakticky nemožné.
Zároveň platí, že cena výstavby dnešných tovární na mikročipy dosahuje astronomické hodnoty v desiatkach miliárd dolárov. A čo tak vyrobiť čip v garáži? Predstaviteľom generácie, pre ktorú aj pekné počasie predstavuje dôvod na traumu. Nemožné.
Sam Zeloof to dokázal. Prvý integrovaný obvod, nazval ho Z1, vyrobil ako 17-ročný študent posledného ročníka strednej školy. Inšpirovala ho Jeri Ellsworthová, tá si doma vyrobila tranzistory (základná súčiastka mikročipov).
Z1 je, z hľadiska súčasnosti, primitívny. Technologicky zodpovedá, s detailmi vo veľkosti 175μm, približne sedemdesiatym rokom minulého storočia. Niektoré testovacie štruktúry ale majú iba 2μm a to sme už o desaťročie ďalej.
Na výrobu čipu boli čiastočne využité vyradené zariadenia nakúpené ne Ebay, niečo si Zeloof vyrobil sám. Výrobný proces obsahuje 66 krokov a trvá približne 12 hodín. Výťažnosť, teda pomer úspešne vyrobených súčiastok k celkovému počtu, dosahuje až 80 percent. Ako Sam uvádza vo svojom blogu, výrazne závisí od množstva vypitej kávy.
Od šiestich k stovke tranzistorov
Zeloof pokračoval k Z2. Ten vznikol v 2021 a má, oproti šiestim tranzistorom Z1, rovnú stovku týchto komponentov. Na jednom kremíkovom plátku sa nachádza dvanásť čipov a celkový počet vyrobených tranzistorov (1 200) sa už blíži k počtu, ktoré sa nachádzali v prvom mikroprocesore od Intelu (2 300).
Z2 je vyrobený procesom s hradlom z polykryštalického kremíku, kde najmenšia veľkosť štruktúr dosahuje 10μm. Presne takýto proces použil Intel v roku 1971. Plocha čipu je približne 2,4 štvorcových milimetrov. Výťažnosť je tu už nižšia, z pätnástich vyrobených čipov funguje na 100 percent jeden, zvyšné dva fungujú na 80%.
Zeloof chyby poctivo analyzuje, v jeho „garážovej fabrike“ sa nachádza aj elektrónový mikroskop. Zistil napríklad, že častým problémom je čiastočka prachu. O svojich mikročipoch vrátane detailov ich výroby prednášal aj na konferencii. Zakončil ju pamätihodným výrokom: „Skúsenosť je to, čo dostaneš, keď nedostaneš to, čo si pôvodne chcel.“
Dnes má Sam Zeloof za sebou štúdium na vysokej škole. Spolu s Jimom Kellerom, veteránom priemyslu mikročipov, navrhol napríklad architektúry K8 a Zen pre AMD, založili startup Atomic Semi. Jeho cieľom je nízkonákladový vývoj a výroba mikročipov. Do ich podnikania investoval aj OpenAI, tvorca umelej inteligencie ChatGPT.
Šikovní mladí ľudia ako Sam Zeloof nám dávajú nádej.