כיבוד רוברט דנארד, אבי הדרם

תוכן

• כיבוד רוברט דנארד, אבי דרם
• מ- DRAM ל- MOSFET Scaling

לא לכולם יש את ההזדמנות להשיג אלמוות מהישג אחד בקריירה שלהם. לד"ר רוברט דנארד היו שני סיכויים - ובגללם, עולם הטכנולוגיה הפך לג'וגניאוט שהוא כיום.

בנוסף למציאת התהליך הבסיסי לזיכרון גישה אקראית דינאמית, הידוע יותר בשם DRAM, דנארד גם הציע את תיאוריית המדרג שאיפשרה למזער את אורכי הערוצים של טרנזיסטורי אפקט שדה-מוליכים למחצה מתכתיים, או MOSFETs, עד לגדלים שלעולם לפני שנחשבה אפשרית - עכשיו רק כמה ננומטרים.

עבור שני ההישגים הללו, שהתרחשו בעשור הראשון לקריירה שנמשכה כ- 50 שנה, נבחר דנארד לחתן פרס קיוטו לשנת 2013 בטכנולוגיה מתקדמת בנובמבר האחרון, כבוד המלווה במדליית זהב של 20 קראט, מתנה במזומן של 50 מיליון ין (כ -500, 000 $), ותעודה "הכרה בתרומות לכל החיים לחברה." אבל דנארד, שדיבר איתי מוקדם יותר השבוע מסן דייגו, שם הוחלף עליו ומרצה במסגרת סימפוזיון פרס קיוטו, לא התחיל עם שאיפות נעלות כאלה.

הנדסה המהנדס

לאחר שנולד בטרל, טקסס, בשנת 1932 וקיבל תואר ראשון ושני בהנדסת חשמל מאוניברסיטת המתודיסטים הדרומיים באמצע שנות החמישים, ודוקטורט באותו תחום מהמכון הטכני קרנגי (כיום אוניברסיטת קרנגי מלון) בשנת 1958, הצטרף יבמ כמהנדסת צוות בחטיבת המחקר של יבמ, שם, הוא מודה, ראשיתו היו צנועות.

"רק למדתי את העקרונות הבסיסיים וקיבלתי מה שהיה חינוך רחב, אבל לא כל כך הרבה", אמר. "צינורות ואקום, זה מה שלימדו אותנו. הדברים שלימדו אותנו פשוט הוחלפו לגמרי. זה היה מעבר נפלא שזכיתי להיות בצד השני של."

אך מהר מאוד התברר שיש המון הזדמנויות לאנשים שנמצאים בחזית הטכנולוגיה הזו. "התחלנו מיד לחלום על מחשבים שיכולים להשיג", אמר. "בגלל זה הם שכרו אותנו. מחשבים התחילו, אבל הרגע עברנו על צינורות ואקום - מכשירי הטרנזיסטור הראשונים תוכננו. היה הדבר החדש הזה, דיודת המנהרה, או דיודת Esaki, שהומצא. רדפנו אחרי הרבה אלטרנטיבות שונות עם כמה כאלה ממש מוזרות, מחשוב עם מיקרוגלים. אבל בסופו של דבר קיבלתי את ההזדמנות להיכנס לתוכנית המיקרואלקטרוניקה ולפתח את טכנולוגיית ה- MOS שהיתה אמורה להפוך ל- CMOS, שהיא הטכנולוגיה הדומיננטית של ימינו."

השתוללות DRAM

ראשית, סקירה קצרה: בדרך כלל MOSFETs מגיעים בשני סוגים טרנזיסטורים שונים, או NMOS (n-channel), המהווה ערוץ מוליך ומדליק את הטרנזיסטור כאשר מתח חיובי מונח על אלקטרודת השער, או PMOS (p-channel), שעושה את ההיפך. בשנת 1963, פרנק וונלאס מ Fairchild Semiconductor עיבד עבודה זו ל- CMOS (MOS משלים), תכנון מעגלים משולב המשתמש בשני סוגי הטרנזיסטורים כדי ליצור שער שאינו משתמש בכוח כלל עד שהטרנזיסטורים עוברים.

למרות שההתקדמות של וונלאס (הוא גם פיתח את מעגלי ה- MOS המשולבים המסחריים בשנת 1963), בסופו של דבר, יתבררו ככלי עזר בזיכרון המערכת הגדרת מחדש של דנארד, דנארד לא עשה דרך ישר לנקודה זו. זיכרון RAM המשמש מקום אחזקה זמני לנתונים בתהליך החישוב היה בשימוש באמצע שנות השישים, אך הוא היה במערכת מסורבלת ורעבת חשמל של חוטים ומגנטים שהקשתה על השימוש ברוב היישומים. ברגע שדנארד שם את דעתו לבעיה בדצמבר 1966, לא לקח זמן רב עד שזה השתנה.

"היה לי יותר רקע במגנטיקה מאשר במוליכים למחצה, " אמר. "שמעתי שיחה על מה שהחבר'ה של המגנטיקה מנסים לעשות כדי להרחיב את הטכנולוגיה. החבר'ה האלה מתכוונים לייצר ייצור ממש בעלות נמוכה על כל העניין הזה על ידי מעבר לטכנולוגיה למינציה… נדהמתי איך זה היה איך הדבר פשוט היה, בהשוואה למכשירי ה- MOS שבהם השתמשנו כדי לעשות את אותו הדבר. המשכתי לחשוב כך כשהלכתי הביתה באותו ערב. שלהם היו כמה חוטים ולשלושת שלנו היו ארבעה, חמישה, או אולי שישה האם יש דרך בסיסית יותר לעשות את זה?"

"טרנזיסטור MOS הוא, בעצם, ההופעה שלו היא כקבל, " המשיך דנארד. "השער של הטרנזיסטור עצמו יכול לאגור טעינה. אם לא תגרום לו לדלוף, הוא יכול להישאר שם די הרבה זמן." לכן, טען דנארד, צריך להיות אפשרי לאחסן נתונים בינאריים כמטען חיובי או שלילי על קבל. "למעשה, באותו ערב פיתחתי את התא לתא DRAM של שניים או שלושה טרנזיסטורים. אבל לא שמחתי לחתוך משישה טרנזיסטורים לשלושה טרנזיסטורים. מדוע אני לא יכול לעשות משהו פשוט יותר? אפילו לא רציתי להכניס טרנזיסטור שלישי."

"ביליתי כמה חודשים באמת בניתוח זה, ואיך זה עובד ומנסה להבין דרך טובה יותר. ויום אחד גיליתי שאוכל לכתוב את תא הזיכרון הזה דרך הטרנזיסטור הראשון הזה, שהיה ממש בסיסי, לתוך הקבל - אבל ואז יכולתי להדליק שוב את הטרנזיסטור הזה ולפרוק אותו לקו הנתונים המקורי ממנו הוא הגיע. זה לא היה אפשרי קודם, אבל זה עבד עם טרנזיסטורים של MOS. הייתי מרוצה מהתוצאה הזו."