تعریف آی سی یا مدار مجتمع

آی سی یا مدار مجتمع چیست؟
اگر یک تلویزیون یا رادیو را باز کنید، مشاهده خواهید کرد که درون آن یک «برد مدار چاپی» (Printed Circuit Board) یا PCB وجود دارد؛ چیزی شبیه یک نقشه خیابان الکتریکی با اجزای الکترونیکی کوچک (مانند مقاومت ها و خازن ها) به جای ساختمان ها و مس چاپ شده برای اتصال که آن ها را مانند خیابان های فلزی مینیاتوری به هم متصل می کند.

صفحات مدار در لوازم کوچکی مانند همین تلویزیون کارایی دارند، اما اگر سعی کنید از همان روش برای ساخت یک دستگاه الکترونیکی پیچیده مانند کامپیوتر استفاده کنید، سریعاً به مشکل بر خواهید خورد.

حتی ساده ترین کامپیوتر برای ذخیره یک بایت (کاراکتر) اطلاعات به هشت سوئیچ الکترونیکی نیاز دارد.

بنابراین اگر می خواهید یک کامپیوتر با حافظه کافی برای ذخیره این پاراگرافی که می خوانید بسازید، تقریباً با 750 کاراکتر ضرب در 8 یا حدود 6000 سوئیچ مواجه هستید؛ تنها برای یک پاراگراف!

اگر سوئیچ هایی مانند آنچه در انیاک بود (لوله های خلأ تقریباً به اندازه انگشت شست یک فرد بزرگسال) تهیه کنید، با یک ماشین بزرگ و تشنه توان روبه رو خواهید شد که برای ادامه کارش به یک نیروگاه کوچک برق مختص خود نیاز دارد.

وقتی سه فیزیکدان آمریکایی ترانزیستور را در سال 1947 اختراع کردند، اوضاع تا حدودی بهبود یافت.

ترانزیستورها کسری از اندازه لوله های خلأ و رله ها (کلیدهای الکترومغناطیسی که از اواسط دهه 1940 جایگزین لوله های خلأ شده بودند) بودند، انرژی بسیار کمتری مصرف می کردند و قابل اطمینان تر بودند. اما هنوز مشکل اتصال همه آن ترانزیستورها به یکدیگر در مدارهای پیچیده وجود داشت.

حتی پس از اختراع ترانزیستورها، کامپیوترها هنوز هم توده های درهم پیچیده ای از سیم ها بودند.

مدارهای مجتمع همه این ها را تغییر داد. ایده اصلی آی سی این بود که یک مدار کامل، با تمام اجزای مختلف آن و اتصالات بین آن ها، ایجاد و همه چیز به شکل ریزبینانه (میکروسکوپی) روی سطح یک قطعه سیلیکون بازآفرینی شود.

این یک ایده کاملاً هوشمندانه بود و امکان ساخت انواع ابزارک های «میکروالکترونیک» را از ساعت های دیجیتال و ماشین حساب های جیبی گرفته تا موشک ها و فضاپیماها فراهم کرد.

قانون مور:
مدارهای مجتمع طی دهه های 1960 و 1970 انقلابی در الکترونیک و محاسبات ایجاد کردند. ابتدا مهندسان ده ها قطعه را روی تراشه قرار می داند که اصطلاحاً «یکپارچه سازی کوچک مقیاس» (Small-Scale Integration) یا SSI نامیده می شد.

پس از آن، «یکپارچه سازی میان مقیاس» (Medium-Scale Integration) یا MSI با قرار دادن صدها قطعه در ناحیه ای با همان اندازه دنبال شد.

همان گونه که قابل پیش بینی بود، تقریباً در سال 1970، «یکپارچه سازی بزرگ مقیاس» (Large-Scale Integration) یا LSI ادغام هزاران قطعه را به ارمغان آورد.

پس از آن، «یکپارچه سازی کلان مقیاس» (Large-Scale Integration) یا VLSI ده ها هزار و «یکپارچه سازی بسیار کلان مقیاس» (Ultra Large Scale Integration) یا ULSI میلیون ها میلیون قطعه را در یک مساحت کوچک جای دادند و البته نکته مهم این بود که اندازه آن ها بزرگ نشد.

در سال 1965، «گوردون مور» (Gordon Moore) از شرکت اینتل، سازنده برجسته تراشه، متوجه شد که تعداد اجزای موجود در تراشه تقریباً هر یک تا دو سال دو برابر می شود.

قانون مور، از آن زمان تاکنون ادامه دارد. مور 50 سال بعد، در سال 2015، با نیویورک تایمز مصاحبه کرد و حیرت خود را از ادامه روند این قانون نشان داد: «پیش بینی اصلی این بود که 10 سال بررسی شود.

در این مدت، از حدود 60 قطعه در یک مدار مجتمع تا 60,000، یعنی هزار برابر در طول 10 سال. این شگفت انگیز است. چیزی که برای 50 سال در جریان است، واقعاً شگفت انگیز است.»

نمودار بالا نشان می دهد که تعداد ترانزیستورهای بسته بندی شده در ریزتراشه ها طی پنج دهه گذشته در هر یک یا دو سال تقریباً دو برابر شده است؛ به عبارت دیگر، به طور تصاعدی رشد کرده است.

اگر تعداد ترانزیستورها (محور عمودی) را در برابر سال (محور افقی) برای برخی از ریزتراشه های رایج چند دهه اخیر (ستاره های زرد) ترسیم کنیم، یک منحنی نمایی به دست خواهد آمد.

در عوض، با استفاده از لگاریتم خط مستقیم بالا را خواهیم داشت. توجه داشته باشید که محور عمودی این نمودار لگاریتمی و محور افقی خطی است.