تكريم روبرت دينارد ، والد الدرام

محتويات

• تكريم روبرت دينارد ، والد DRAM
• من DRAM إلى MOSFET التحجيم

ليس كل شخص لديه الفرصة لتحقيق الخلود من إنجاز واحد في حياتهم المهنية. حظي الدكتور روبرت دينارد بفرصتين - وبسببهما ، أصبح عالم التكنولوجيا هو الطاغوت الذي هو عليه اليوم.

بالإضافة إلى استنباط العملية الأساسية لذاكرة الوصول العشوائي الديناميكية ، والمعروفة باسم DRAM ، اقترح Dennard أيضًا نظرية القياس التي جعلت من الممكن تصغير أطوال قنوات ترانزستورات تأثير أشباه الموصلات بأثر أكسيد المعادن ، أو أحجام MOSFET ، وصولًا إلى الأحجام أبدًا قبل التفكير ممكن ، الآن فقط عدد قليل من نانومتر.

لكل من هذه الإنجازات ، التي حدثت خلال العقد الأول تقريبًا من حياته المهنية التي امتدت حوالي 50 عامًا ، حصل دينارد على جائزة كيوتو لعام 2013 في التكنولوجيا المتقدمة في نوفمبر الماضي ، وهو شرف يرافقه ميدالية ذهبية 20 قيراط ، هدية نقدية بقيمة 50 مليون ين (حوالي 500000 دولار) ، وشهادة "تقديراً للمساهمات مدى الحياة في المجتمع." لكن دينارد ، الذي تحدث معي في وقت سابق من هذا الأسبوع من سان دييغو ، حيث كان يحتضن ويحاضر كجزء من ندوة جائزة كيوتو ، لم يبدأ بمثل هذه التطلعات السامية.

هندسة المهندس

بعد أن ولد في تيريل ، تكساس ، في عام 1932 وحصل على درجة البكالوريوس والماجستير في الهندسة الكهربائية من جامعة ساذرن ميثوديست في منتصف الخمسينات ، وشهادة الدكتوراه في نفس المجال من معهد كارنيجي التقني (جامعة كارنيجي ميلون الآن) في عام 1958 ، آي بي إم كمهندس موظفين في قسم الأبحاث في آي بي إم ، حيث يعترف بأن بداياته كانت متواضعة.

وقال "كنت أتعلم فقط المبادئ الأساسية وأحصل على ما كان تعليمًا واسعًا ، لكن ليس كثيرًا". "أنابيب الفراغ ، هذا هو ما تعلمناه. الأشياء التي تم تدريسها كانت مجرد استبدال كامل. لقد كان تحول رائع أتيحت لي الفرصة لأكون في الجانب الآخر من."

ولكن سرعان ما أصبح من الواضح أن هناك الكثير من الفرص للأشخاص الذين كانوا في طليعة هذه التكنولوجيا. وقال "بدأنا نحلم على الفور بما يمكن لأجهزة الكمبيوتر أن تنجزه". "لهذا السبب قاموا بتوظيفنا. بدأت أجهزة الكمبيوتر ، لكننا توصلنا للتو إلى أنابيب فراغ - لقد تم تصميم أول أدوات الترانزستور. كان هناك شيء جديد ، أو صمام ثنائي النفق ، أو صمام ثنائي Esaki ، الذي تم اختراعه. لقد تابعنا الكثير من البدائل المختلفة مع بعض البدائل الغريبة حقًا ، باستخدام أجهزة الميكروويف ، لكن في النهاية أتيحت لي الفرصة للدخول في برنامج الإلكترونيات الدقيقة وتطوير تقنية MOS التي كانت ستصبح CMOS ، وهي التكنولوجيا السائدة اليوم."

تكثيف DRAM

أولاً ، خلاصة مختصرة: عادةً ما تأتي MOSFETs في نوعين مختلفين من الترانزستور ، إما NMOS (قناة n) ، والتي تشكل قناة موصلة وتقوم بتشغيل الترانزستور عندما يتم وضع جهد موجب على قطب البوابة ، أو PMOS (قناة p)) ، وهو ما يفعل العكس. في عام 1963 ، قام فرانك وانلاس من شركة فيرتشايلد لأشباه الموصلات بتكييف هذا العمل في CMOS (MOS التكميلي) ، وهو تصميم دائرة متكامل يستخدم كلا النوعين من الترانزستورات لتشكيل بوابة لا تستخدم الطاقة على الإطلاق حتى يتم تبديل الترانزستورات.

على الرغم من أن تطورات Wanlass (طور أيضًا أول دوائر MOS تجارية متكاملة في عام 1963) قد أثبتت فعاليتها في نهاية المطاف في ذاكرة نظام Dennard ، إلا أن Dennard لم يتخذ طريقًا مباشرًا إلى هذه النقطة. كانت ذاكرة الوصول العشوائي (RAM) ، التي تعمل كمساحة تخزين مؤقتة للبيانات في العملية الحسابية ، قيد الاستخدام في منتصف الستينيات ، لكنها كانت تستخدم نظامًا مرهقًا متعطشًا للسلطة من الأسلاك والمغناطيسات مما جعل من الصعب استخدامها في معظم التطبيقات. حالما وضع دينارد رأيه في المشكلة في ديسمبر 1966 ، لم يستغرق الأمر وقتًا طويلاً حتى يتغير ذلك.

وقال "كان لدي خلفية في المغناطيس أكثر مما كان لدي في أشباه الموصلات". "سمعت حديثًا حول ما يحاول الرجال المغناطيسيون فعله لتوسيع التكنولوجيا. هؤلاء الرجال كانوا سيفعلون تصنيعًا قليل التكلفة حقًا في هذا الأمر برمته من خلال الذهاب إلى تكنولوجيا مغلفة… لقد دهشت من ذلك هو كيف كان هذا الأمر بسيطًا ، مقارنةً بأجهزة MOS الستة التي كنا نستخدمها لفعل الشيء نفسه ، وما زلت أفكر بهذه الطريقة عندما عدت إلى المنزل في ذلك المساء. كان لديهم عدد من الأسلاك ولدينا أربعة أو خمسة أو ربما ستة الأسلاك التي تربط الأشياء ببعضها البعض. هل هناك طريقة أكثر أساسية للقيام بذلك؟"

"إن الترانزستور MOS هو ، في الأساس ، أزعجها هو كمكثف ،" واصل Dennard. "بوابة الترانزستور نفسه يمكنها تخزين الشحنة ، وإذا لم تتسبب في تسربها ، فيمكنها البقاء هناك لفترة طويلة." لذلك ، حسب سبب Dennard ، يجب أن يكون من الممكن تخزين البيانات الثنائية إما شحنة موجبة أو سالبة على مكثف. "لقد طورت أساسًا في ذلك المساء خلية DRAM ثنائية أو ثلاثية الترانزستور. لكنني لم أكن سعيدًا بالانتقال من ستة الترانزستورات إلى ثلاثة الترانزستورات فقط. لماذا لا يمكنني الحصول على شيء أكثر بساطة؟ لم أكن أريد حتى لوضع في الترانزستور الثالث."

"لقد أمضيت بضعة أشهر في تحليل هذا الأمر حقًا ، وكيف يعمل ومحاولة اكتشاف طريقة أفضل. وفي يوم ما اكتشفت أنني أستطيع كتابة خلية الذاكرة هذه من خلال هذا الترانزستور الأول ، الذي كان أساسيًا جدًا ، في المكثف - ولكن ثم يمكنني تشغيل هذا الترانزستور مرة أخرى وتصريفه في خط البيانات الأصلي الذي جاء منه. لم يكن ذلك ممكنًا من قبل ، لكنه كان يعمل مع الترانزستورات MOS. كنت سعيدًا بهذه النتيجة."