"Бялото злато", което промени света

О т градове, които никога не спят до отдалечени села, една технология променя начина, по който живеем и работим. От смартфоните в джобовете ни до огромните центрове за данни, захранващи интернет, от електрически скутери до хиперзвукови самолети, пейсмейкъри до прогнозиращи времето суперкомпютри - вътре във всеки един от тях, невидими и неподправени, са малки късчета техника, които правят всичко възможно -полупроводници, разказва CNN. 

Полупроводниковите устройства, наречени транзистори, са малките електронни превключватели, които извършват изчисления в нашите компютри. Учените в САЩ направиха първия силициев транзистор през 1947 г. Преди това механиката на изчисленията се изпълняваше от вакуумни тръби, които бяха бавни и обемисти. Силицият промени всичко.

Производството на транзистори от силиций позволи да бъдат направени достатъчно малки, за да се поберат в микрочип. „Това, че можем да миниатюризираме тези транзистори, ни позволява да правим неща, каквито не бихме могли да си представяме в предишните поколения“, казва Джон Нойфер, изпълнителен директор на Асоциацията на полупроводниковите индустрии. "Всичко това, защото можем да поставим масивен компютър върху малък чип."

Темпът на иновациите беше безпрецедентен. Чиповете започнаха да се миниатюризират с такава постоянна скорост, сякаш технологията следва закон. За първи път заявен преди около 50 години от Гордън Мур, съосновател на гиганта Intel, законът на Мур предвиждаше, че броят на транзисторите, които можете да поставите на чип, ще се удвоява на всеки две години.

Доскоро законът на Мур беше правилен. Едва сега, когато опитите за свиване на транзисторите вече граничат с физическите граници, темпът на миниатюризация се забави. 

Good Night All You Beautiful and Fascinating People ! Sweet Dreams Wherever You Are ! Emerald Village Gem Mine & Mining Museum in Spruce Pine , North Carolina .. pic.twitter.com/MUS2NrdxBX

— Pamela Edwards (@SouthernPamela) 8 юни 2019 г.

Но силицият, елементът в основата на тази революция, е изненадващо един от най-разпространените на планетата. Силицият се намира в минерали, които съставляват 90% от земната кора. 

Силициятзахранва чип индустрия от $ 500 млрд. (410 млрд. £), която от своя страна захранва глобалната технологична икономика. Полупроводниковият бизнес също се превърна в един от най-взаимосвързаните в историята, като суровините идват от Япония и Мексико, а чиповете се произвеждат в САЩ и Китай. След това чиповете се изпращат отново по целия свят, за да бъдат инсталирани в устройства, които попадат в ръцете на хората във всяка страна по света.

„Силицият, който е същността на тези чипове, вероятно обикаля света два или три пъти“, казва Нойфер.

Как потъна Земята в палмово масло

Електрониката от висок клас изисква висококачествени съставки. Най-чистият силиций се намира в кварцова скала, а най-чистият кварц в света идва от кариера близо до гора в Северна Каролина, САЩ. Милиони цифрови устройства по света - може би дори телефонът в ръката или лаптопът пред вас - носят парче от това малко градче в Северна Каролина в себе си. „Заблуждава ума малко, като се има предвид, че в почти всеки мобилен телефон и компютърен чип ще намерите кварц от смърч“, казва Ролф Пиперт, мениджър на мините в Quartz Corp, водещ доставчик на висококачествен кварц.

Скалите около смърча са уникални. С високо съдържание на силициев диоксид, съдържащ силиций съединение и с ниско съдържание на замърсявания, регионът е богат на скъпоценни камъни.

Сега кварцът се продава за 10 000 долара (8 250 британски лири) на тон, което превръща мината от смърч в 300 милиона долара годишно. Скали, извлечени от земята с машини и експлозиви, се поставят в трошачка, която изхвърля кварцов чакъл. След това отива в преработвателно предприятие, където кварцът се смила до фин пясък. Добавят се вода и химикали за отделяне на силиция от други минерали. Силицият преминава през окончателно смилане, преди да бъде пакетиран и изпратен като прах в рафинерия.

За всички милиарди микрочипове в света, само около 30 000 тона силиций се добиват всяка година. Това е по-малко от количеството пясък, който се произвежда всеки час само в САЩ.

„Резервите тук, в района на смърчовия бор, са много силни“, казва Пиперт. „Имаме материал за десетилетия. Промишлеността вероятно ще се промени, преди да ни свърши кварцът". 

За да превърне силициевия прах в чипове, материалът се разтопява в пещ при 1400°С и се оформя в цилиндрични блокове. След това те се нарязват на дискове, наречени вафли, като нарязване на краставица. И накрая, няколко десетки правоъгълни вериги -самите чипове - се отпечатват върху всяка вафла във фабрики, като тази, управлявана от Global Foundries в щата Ню Йорк. От тук чиповете си проправят път до всяко кътче на планетата.

Камъкът, вграждан под кожата, по-ценен от диамант

„По същество ние сме печатница за всяко [електронно] устройство, което всяка компания би искала да направи“, казва Крис Белфи, инженер в Global Foundries.

Чиповете са толкова малки, че праховите частици или космите могат да разрушат сложната им схема. За да не се замърси микроелектрониката, огромният заводски под трябва да е стерилен.

Площ с размери шест футболни игрища се поддържа хиляди пъти по-чиста от операционната зала и осветена от слаба жълта светлина, за да се предотврати ултравиолетовото излъчване да повреди някои химикали, използвани в производствения процес. Работниците в лабораторията и фабричните техници извършват бизнеса си в зловещо сияние, облечени от главата до петите в бели костюми, маски и очила.

В чистата стая повечето операции се извършват автоматично от роботи, затворени с вакуум. В зависимост от дизайна, всеки чип може да изисква между 1000 и 2000 стъпки, за да го произведе.

Празните вафли, които влизат в етажа на фабриката, струват няколко стотин долара за брой. Когато си тръгнат, отпечатани с милиарди транзистори, те струват сто пъти повече. Повечето чипове Global Foundries се оказват в телефони или специализирани части от хардуера, наречени графични процесори, които захранват видеоигри, AI и извличане на криптовалута. Свързаните устройства от фитнес тракери до умни хладилници и умни високоговорители - общо известни като интернет на нещата - са друго нарастващо семейство от крайни устройства. „Хората искат повече неща, свързани по всяко време“, казва Белфи.

Следващият етап от пътуването е доставка до производителите на електроника, често в чужбина. „Чувствам се изключително горд, че съм част от индустрия, която допринесе за повишаване на нивото на свързаност между хората по целия свят“, казва Изабел Ферейн, директор на централния инженеринг в Global Foundries. „Когато гледам електронните устройства, които използваме всеки ден, виждам технологията, по която работихме.“

След самолети, автомобили и нефт, полупроводниците са четвъртият най-голям износ на САЩ. Голяма част от приходите се връщат в разработването на нови продукти, поставяйки полупроводниковата индустрия наравно с фармацевтичните продукти като водеща индустрия, базирана на научни изследвания. "Ние променяме индустрията, която променя света", казва Ферейн.

Не е изненада, че производителите на чипове пазят отблизо търговските си тайни. „Интелектуалната собственост е основата на живота на полупроводниковата индустрия“, казва Джон Нойфер от Асоциацията на полупроводниковите индустрии.

Но други държави работят усилено, за да наваксат. Китай е най-големият потребител на полупроводници в света, но само малка част от чиповете, които използва, са домашно приготвени. През 2017 г. Китай внесе 260 милиарда долара (1 800 милиарда; £ 210 милиарда) на стойност, най-големият единичен внос в страната. Тя има за цел да бъде по-самостоятелна, с амбициозната цел да произведе 40% от собствените си полупроводници до 2020 г. и 70% до 2025 г. Все повече китайски фирми произвеждат свои собствени дизайнерски чипове

Тъй като полупроводниците станаха по-малки и по-евтини, те станаха достъпни за почти всички. Смята се, че повече от 5 милиарда души имат мобилни устройства, а повече от половината от тях са смартфони. И развиващите се страни сега догонват.

Кенийско семейство си купува телефона за около £ 120 като бизнес инвестиция. Освен че се свързва с купувачи, то използва телефона, за да поддържа информацията от жизненоважно значение за управлението на ферма, като най-новите прогнози за времето и пазарните цени на различни култури.

Кения е трета по употребяване на интернет в Африка с 24% от кенийците онлайн, според Research ICT Africa. Но други държави се изоставят. Например в Руанда само 9% от хората имат достъп до интернет, най-ниският брой на континента. Нещо повече, 77% от хората с достъп до интернет живеят в градовете.

Тъй като полупроводниковата технология продължава да се усъвършенства и повече хора учат цифрови умения, тези пропуски трябва да се свият. А смартфоните дори могат да засилят цялостната икономика на дадена страна. Според една оценка, на всеки 10 мобилни телефона на 100 души в развиваща се страна БВП нараства с 0,5%.

Рядко има една технология, която има потенциал да промени живота толкова много. Това е "доста страхотна" мисъл, че нещо толкова просто като чист кварцов пясък може да се превърне в почти безкрайно сложна технология, която днес свързва целия ни живот.

Следете ни навсякъде и по всяко време с мобилното приложение на Vesti.bg. Можете да го изтеглите от Google Play и AppStore.

За още актуални новини от Vesti.bg последвайте страницата ни в Instagram