Sirkuit terpadu

Sirkuit terpadu Atmel Diopsis 740 System on Chip yang memperlihatkan blok memori, logika dan pad masukan/keluaran di sekitar periperal

Sirkuit terpadu (bahasa Inggris: integrated circuit atau IC) yaitu komponen landasan yang terdiri dari resistor, transistor dan menjadinya. IC yaitu komponen yang dipakai menjadi otak peralatan elektronika.

Pada komputer, IC yang dipakai yaitu mikroprosesor. Dalam sebuah mikroprosesor Intel Pentium 4 dengan ferkuensi 1,8 trilyun getaran per detik terdapat 16 juta transistor, belum termasuk komponen lain. Fabrikasi yang dipakai oleh mikroprosesor yaitu 60nm.

Sirkuit terpadu dimungkinkan oleh teknologi menengah seratus tahun ke-20 dalam fabrikasi alat semikonduktor dan penemuan eksperimen yang memperlihatkan bahwa alat semikonduktor dapat melakukan fungsi yang dilaksanakan oleh tabung vakum. Pengintegrasian transistor kecil yang banyak banyaknya ke dalam sebuah chip yang kecil yaitu pengembangan yang sangat akbar bagi perakitan tube-vakum sebesar-jari. Ukuran IC yang kecil, tepercaya, kecepatan "switch", kebutuhan hidup listrik rendah, produksi massal, dan kemudahan dalam menambahkan banyaknya dengan cepat menyingkirkan tabung vakum.

IC di dalam sebuah sirkuit elektronik

Hanya setengah seratus tahun sehabis penemuannya, IC telah dipergunakan dimana-mana. Radio, televisi, komputer, telepon selular, dan peralatan digital lainnya yang yaitu anggota penting dari warga modern. Contohnya, sistem transportasi, internet, dll tergantung dari keberadaan alat ini. Banyak skolar percaya bahwa revolusi digital yang dibawa oleh sirkuit terpadu yaitu salah satu peristiwa penting dalam sejarah umat manusia.

IC mempunyai ukuran seukuran tutup pena sampai ukuran ibu jari dan dapat diisi sampai 250 kali dan dipergunakan pada alat elektronika seperti:

• Telepon
• Kalkulator
• Ponsel
• Radio

Penemuan

Penemuan awal sirkuit terpadu dimulai sejak tahun 1949, ketika engineer Jerman Werner Jacobi (Siemens AG) [1] mengajukan hak paten untuk amplifying device semikonduktor dengan struktur mirip dengan struktur sirkuit terpadu ^[1] yang memggunakan lima transistor yang dimuat pada sebuah substrat dalam bentuk amplifier 2-tahap. Jacobi mengemukakan alat bantu pendengaran menjadi contoh tipikal aplikasi industri dari hak paten tersebut. Tetapi, tidak mempunyai kabar mengenai pemakaian hak paten ini dengan cara komersial.

Pemikiran sirkuit terpadu dipikirkan oleh seorang ilmuwan radar yang melakukan pekerjaan untuk Royal Radar Establishment di Ministry of Defence, Geoffrey W.A. Dummer (1909–2002). Dummer menyalakan pemikirannya di depan publik pada the Symposium on Progress in Quality Electronic Components di Washington, D.C. pada 7 May 1952.^[2] Beliau menyalakan pemikirannya di beberapa simposium lainnya, dan berusaha untuk membuat sirkuit seperti itu pada 1956, tetapi tanpa kesuksesan.

Pemikiran pendahulu dari sirkuit terpadu yaitu membuat kotak persegi kecil dari keramik (wafers), dan tiap persegi berisi satu miniatur komponen. Komponen tersebut selanjutnya disatukan dan dihubungkan dengan kabel untuk membentuk kisi 2 atau 3 dimensi. Pemikiran ini kelihatan meyakinkan, dan pada tahun 1957 diajukan kepada US Army oleh Jack Kilby, yang membuat proyek Micromodule Program (sama dengan 1951's Project Tinkertoy) yang berumur pendek.^[3] Tetapi, seiring berjalannya proyek ini, Kilby memikirkan sebuah pemikiran lain yang sekarang dikenal menjadi sirkut terpadu.

Robert Noyce mengakui peranan Kurt Lehovec yang melakukan pekerjaan di Sprague Electric, dalam artikel "Microelectronics" yang ditulisnya pada Scientific American, September 1977, Volume 23, Number 3, pp. 63–9, untuk prinsip isolasi sambungan p-n, yang diakibatkan oleh sambungan p-n yang di-bias (dioda), menjadi komponen landasan sirkuit terpadu.^[4]

Kilby yang baru dipekerjakan oleh Texas Instruments menuliskan pemikirannya mengenai sirkuit terpadu pada Juli 1958, dan selanjutnya sukses membuat sebuah sirkuit terpadu yang dapat melakukan pekerjaan pada 12 September 1958.^[5] In his patent application of 6 February 1959, Kilby described his new device as “a body of semiconductor material ... wherein all the components of the electronic circuit are completely integrated.”^[6] Penemuan baru ini pertama kali dipergunakan oleh US Cairan Force^[7].

Kilby dihargai Nobel Prize di tahun 2000 di anggota Fisika untuk peranannya dalam penemuan sirkuit terpadu.^[8] Kilby's work was named an IEEE Milestone in 2009.^[9]

Noyce juga memikirkan pemikiran mengenai sirkuit terpadu setengah tahun lambat sehabis Kilby. Chip yang dibuatnya dapat menangani beberapa masalah praktikal yang tidak dapat ditangani oleh chip oleh Kilby. Chip oleh Noyce dibuat di Fairchild Semiconductor, menggunakan material silikon, sedangkan chip oleh Kilby menggunakan material germanium.

Fairchild Semiconductor juga yaitu asal teknologi sirkuit terpadu menggunakan silikon dengan self-aligned gate, yang yaitu landasan dari teknologi CMOS yang dipergunakan di nyaris semua chip komputer kala ini. Tekhnologi self-aligned gate ini dikembangkan oleh fisikawan Italia Federico Faggin pada tahun 1968. Beliau selanjutnya pindah ke Intel untuk memperkembangkan Central Processing Unit (CPU) pertama dalam sebuah chip (Intel 4004), yang selanjutnya membawanya pada penghargaan National Medal of Technology and Innovation pada tahun 2010.

Generasi/Pengelompokan

Pada mulanya sirkuit terpadu hanya dapat berisi beberapa transistor dalam sebuah chip, dampak ukuran transistor yang akbar dan produksinya yang belum efisien. Karena banyak transistor yang sedikit ini, proses mendesain sirkuit terpadu tergolong gampang. Seiring mengembangnya teknologi ini, jutaan, bahkan baru-baru ini miliaran^[10] of transistor dapat dimuat dalam sebuah chip, dan diperlukan perancangan yang patut untuk membuat desain yang patut. Kala ini, desain sirkuit terpadu dilaksanakan dengan bantuan software yang dinamakan CAD tools.

SSI, MSI and LSI

Sirkuit terpadu awal hanya berisi beberapa transistor dan digolongkan menjadi "small-scale integration" (SSI), yaitu sirkuit digital yang berisi beberapa puluh transistor atau beberapa logic gate. Contoh SSI yaitu linear IC seperti Plessey SL201 atau Philips TAA320 yang hanya memiliki dua transistor. Istilah Large Scale Integration pertama kali dipergunakan oleh ilmuwan IBM, Rolf Landauer kala menjelaskan pemikiran, yang selanjutnya melahirkan istilah SSI, MSI, VLSI, dan ULSI.

SSI dipergunakan pada proyek-proyek awal kedirgantaraan, dan mendorong perkembangan teknologi sirkuit terpadu sebagaimana teknologi-teknologi lainnya. Minuteman missile dan Apollo program menggunakan konputer digital yang ringan untuk system inertial guidance-nya; Apollo guidance computer mendorong kemajuan teknologi sirkuit terpadu hingga dapat dibuat dengan cara masal^[11]. Program misail Minuteman dan banyak program Navy lainnya yaitu pasar bagi sirkuit terpadu yang mempunyai nilai sebesar $4 miliar pada tahun 1962, dan pada tahun 1968, budget pemerintah A.S. yaitu 37% dari total produksi sebesar $312 million. Budget dari pemerintah A.S. ini mendorong teknologi baru ini hingga biaya produksi turun hingga dapat diaplikasikan dalam industri dan selanjutnya konsumen. Harga rata-rata sebuah chip turun dari $50.00 pada 1962 menjadi $2.33 pada 1968.^[12] Sirukuit terpadu mulai timbul pada produk konsumen di kesudahan dekade, dan aplikasi tipikalnya yaitu FM inter-carrier sound processing pada penerima signal di televisi.

SSI Sirkuit terpadu mengembang menjadi "medium-scale integration" (MSI) pada kesudahan tahun 1960an, ditandai dengan timbulnya chip yang berisi beberapa ratus transistor. MSI memiliki keuntungan ekonomis karena walaupun harganya lebih mahal sedikit dibandingkan SSI, MSI memungkinkan sistem yang lebih kompleks diwujudkan dalam sebuah chip dan membuat lebih sedikit komponen untuk dirakit pada circuit board.

Pada menengah tahun 1970an, "large-scale integration" (LSI), yaitu sirkuit terpadu dengan beberapa puluh ribu transistor per chip sukses diwujudkan. Sirkuit terpadu seperti 1K-bit RAM, chip untuk kalkulator, dan mikroprocesor awal, yang dibuat pada awal tahun 1970an, mempunyai sekitar 4000 transistor. LSI dengan kurang lebih 10,000 transistor dibuat sekitar tahun 1974 untuk main memory pada komputer dan mikroprocesor generasi kedua.

VLSI

Upper interconnect layers on an Intel 80486DX2 microprocessor die

Sejak tahun 1980an hingga kala ini, "very large-scale integration" (VLSI) telah dibuat untuk banyak aplikasi. Pada awal tahun 1980an, banyak transistor dalam sebuah chip berkisar beberapa ratus transistor dan mencapai beberapa miliar transistors pada tahun 2009.

Beragam teknologi diperlukan untuk menaikkan densitas sirkuit terpadu. Produsen berubah pada proses teknologi yang lebih kecil untuk berisi banyakan transistor dalam sebuah chip hukum Moore. Rangkuman dan prediksi mengenai proses teknologi sirkuit terpadu dituangkan dalam International Technology Roadmap for Semiconductors (ITRS). Design tools telah memudahkan automasi bagi desain sirkuit terpadu. Dampak membengkaknya kebutuhan hidup kekuatan seiring meningkatnya densitas sirkuit terpadu, teknologi CMOS, yang memiliki disipasi kekuatan yang lebih rendah, dipergunakan untuk menggantikan teknologi NMOS dan PMOS.

Contoh

• 555 multivibrator
• IC seri 7400
• Intel 4004
• Intel seri x86

Referensi