איך עובד מיקרו-שבב?

השבב הראשון הומצא ב-1974. מאז, יכולות העיבוד ממשיכות לגדול בקצב אקספוננציאלי. שבבים הם המוח של כל מכשיר אלקטרוני שקיים. משעונים, למחשבונים, ללוויינים ועד למחשבים, השבבים הקטנים האלה אחראים לנוחות ההופכת כל כך הרבה משימות קלות יותר. מיקרושבבים הם מעגלים משולבים שנחרטו על שבבי סיליקון, או פרוסות. המעגלים המשולבים מעבירים זרמים חשמליים, או אותות, המומרים לאחר מכן להוראות על ידי מכשיר קולט. תכולת הסיליקון של השבב, יחד עם חוטים וטרנזיסטורים, יוצרים סביבה נוחה ביותר להעברת חשמל.

ישנן מספר דרכים שונות לבנות מיקרו-שבב. איך הוא בנוי תלוי בשימוש המיועד של השבב. במקרה של מחשב אישי, המרכיב העיקרי עבור רוב השבבים הוא סיליקון. הסיליקון, מרכיב עיקרי בחול, מסוגל להוליך חשמל, או להכיל אותו, וזה מה שהופך אותו לחומר אידיאלי כשבב. יצרני שבבים מוסיפים מתכות נוספות, כגון אלומיניום, נחושת וזהב, כדי לשפר את יכולות השבב. שבבים רבים הם רק 2 עד 3 מילימטרים רבועים ועובים של כמה מילימטרים. עיצוב המעגל בפועל מצויר על השבב באמצעות אור אולטרה סגול עם שבלונה, או מסכה, כמדריך. לאחר מכן, רכיבי חיווט וטרנזיסטור נבנים על העיצוב. למעגלים משולבים מורכבים יכולים להיות שכבות מרובות של רכיבים מובנים המחוברים ביניהם. יכולות אחסון הנתונים והמניפולציה של שבבים מבוצעים על ידי רכיבי טרנזיסטור מובנים אלה. שבב פשוט יכול להכיל עד 3,000 טרנזיסטורים. הזרם החשמלי מתורגם לנתונים שימושיים על ידי שליחת הזרם דרך המעגל בסדרה של מטענים. החיובים הופכים למעשה לשפה הדרושה לתקשורת עם מכשיר קולט. לוגיקה בוליאנית היא השפה המשמשת לתרגום זרמים חשמליים להוראות שימושיות עבור מחשב. בצורתה הפשוטה ביותר, לוגיקה בוליאנית היא קוד בינארי שמשתמש בשני ערכים - אמת ושקר, או "מופעל וכיבוי" - כדי לתרגם זרם חשמלי להודעה שימושית.

מיקרו-שבבים מציעים אינספור שימושים במספר רב של תחומים הנדסיים וטכנולוגיים, כולל פיזיקה, מדע, אופטיקה וביולוגיה. להתקדמות שנעשתה בתחום אחד יש השפעה מתקדמת על האחרים. תחום מסוים אחד המבטיח הבטחה גדולה הוא פוטוניקה. הפוטוניקה משתמשת בתכונות האור כמדיום להעברת מידע. התחום המתפתח של האלקטרוניקה האופטו משלב את ההשפעות הקוונטיות של האור עם ההשפעות המגנטיות של חומרים מוליכים למחצה. תחום מחקר חדש ומבטיח נוסף הוא זה של ננוטכנולוגיה. הננוטכנולוגיה פועלת בתחום האטומים והמולקולות. זהו מימד חדש של ייצור שמחפש ליצור חומרים, חומרים ותהליכים חדשים ומשופרים. בעזרת ננוטכנולוגיה, מדענים עובדים על יצירת שבבים ברי קיימא בגודל של מולקולות. אם יצליח, יצמח עולם חדש של מוצרים ויכולות עיבוד מידע.