chip

Chip, (fra eng. chip 'spån, flis'), er et integreret kredsløb, der består af en tynd skive, hyppigst af silicium, hvorpå der ved en fotolitografisk proces er lagt et stort antal elektroniske komponenter som fx transistorer, dioder, modstande, kondensatorer, spoler samt elektriske forbindelser imellem komponenterne. Med lav pris og mange komponenter koncentreret på et lille, fladt areal har chip-teknologien muliggjort udviklingen af bl.a. mobiltelefoner, smart watches, selvkørende biler, og pc’er.

Der skelnes mellem to typer chips: Digitale chips, der bruges i bl.a. computere, og analoge chips, som fx anvendes i forstærkere.

Udviklingen af de første chips

De første integrerede kredsløb blev udviklet i 1958 af Jack Kilby fra Texas Instruments og uafhængigt heraf af Robert Noyce, grundlæggeren af Fairchild Semiconductors i Californien på basis af transistoren, der var opfundet 12 år tidligere. Militære ønsker om kompakte elektronikkredse til fly og missiler førte til en kraftig teknologisk udvikling i USA i 1960'erne.

I 1970 blev den første ram-hukommelse med 1024 bit udviklet, og i 1971 kom den første integrerede mikroprocessor (Intel 4004), som blev anvendt i en lommeregner. Mens de første chips indeholdt meget få transistorer og arbejdede ved clockfrekvenser på nogle få MHz, indeholder avancerede mikroprocessor-chips i dag flere millioner transistorer og arbejder ved clockfrekvenser på adskillige GHz. Størrelsen af en chip varierer fra mindre end 1 mm2 til nogle få cm2.

Udviklingen inden for chipteknologi har gennem mere end 40 år fulgt den såkaldte Moores lov, efter hvilken antallet af transistorer i en chip fordobles hver ca. 18. måned. Det skyldes, at fremstillingsteknologien konstant er forbedret og forfinet, så de interne afstande i chippen er blevet mindre. Når transistorerne i en chip og deres indbyrdes afstande formindskes, kan en hukommelseschip gemme flere og flere bits på samme chipareal, og en mikroprocessorchip kan arbejde hurtigere og hurtigere.

Omkring 2015 blev det tydeligt, at transitorforbedringerne ikke længere gav den samme gevinst i ydeevnen, og de fleste forbedringer i dag kommer fra brugen af flere kerner (parallelisering) og specialiserede chips.

Produktion med avancerede fremstillingsmetoder

Chips fremstilles i en såkaldt planarteknik på en wafer, som er en tynd skive af halvledermateriale. Waferen kan være op til 200 mm i diameter og mindre end 1 mm i tykkelse. Ved en fotolitografisk proces pådampes ledningslag og lag i transistorerne, eller dele af allerede pådampede lag ætses bort. Waferen deles i et stort antal (normalt 100-1000) chips, som hver monteres i en pakning, der kan have flere hundrede ben forbundet til chippens komponenter.

Krystalfejl og urenheder kan være årsag til defekte chips; det er en vigtig økonomisk faktor for fabrikationen af chips, at udbyttet af fungerende chips er højt.

CMOS er den mest udbredte teknologi til digitale chips. CMOS-kredsløb har meget lille effektforbrug og stor komponenttæthed. Der arbejdes fortsat på at forøge antallet af komponenter pr. arealenhed. Silicium-chip-teknologien har vist sig at være levedygtig selv med meget små afstande i chippens komponenter (2-3 nm). Her begynder kvantemekaniske effekter som lækstrømme at give problemer. Disse problemer imødegås ved at bruge nye materialer som high-k dielektrika og ved at anvende nye arkitekturer som FinFET.

Ved brug af avancerede fremstillingsmetoder kan man lave chips, hvori enkelte lag kun er få atomer i højden. Denne teknologi bruges til fremstilling af ultra-hurtige komponenter op til ca. 40 GHz.

Chips designet til specielle formål

De oprindelige chips var generelle processorer ofte kaldet Central Processing Units (CPU). I løbet af 1980’erne og 1990’erne blev disse suppleret at Graphics Processing Unit (GPU), der blev anvendt til specialiserede beregninger på grafikkort brugt til spil og grafikrendering.

Disse GPU’er viste sig også at være fantastiske til at løse de parallelle opgaver inden for neurale netværk og maskinlæring og blev derfor meget efterspurgte. I dag anvendes specialiserede chips som Tensor Processing Unit (TPU) til træning af kunstig intelligens-modeller.

Der findes også chips, der er specialdesignet til at arbejde inden for specielle anvendelsesområder, som kryptovalutaer, sim-kort og videokodning. Disse chips kaldes for Application-Specific Integration Circuit (ASIC)-chips.

Læs mere i Lex

Kommentarer

Kommentarer til artiklen bliver synlige for alle. Undlad at skrive følsomme oplysninger, for eksempel sundhedsoplysninger. Fagansvarlig eller redaktør svarer, når de kan.

Du skal være logget ind for at kommentere.

eller registrer dig

Fagansvarlig for Hardware

Kristian Langborg-Hansen
M. Sc. computer science; Copenhagen Business Academy

Det sker

Skoleelever til skriftlig afgangsprøve sidder foran computere ved borde opstillet på rækker i en gymnastiksal.

Karakterer og karakterskalaer

Regeringen har nu præsenteret et udspil til en ny karakterskala, der skal erstatte den nuværende 7-trinsskala. 7-trinsskalaen har været i brug siden 2006 og er blandt andet blevet kritiseret for dens brug af den negative karakter -3.

J-dag

J-dag er dagen, hvor Tuborgs julebryg kommer i handlen. Dagen falder hvert år på den første fredag i november. J-dag blev lanceret i 1990 efter fransk forbillede.

Tropiske cykloner

Tyfonen Kalmaegi har været skyld i mindst 114 filippineres død siden tirsdag. Kalmaegi bevæger sig nu mod Vietnam, der allerede er ramt af massive oversvømmelser. Tyfon er betegnelsen for en tropisk cyklon dannet i det vestlige Stillehav.

Seneste ændringer på Lex

Se al aktivitet