Lompat ke isi

Sirkuit terpadu

Dari Wikipedia bahasa Indonesia, ensiklopedia bebas

Sirkuit terpadu (bahasa Inggris: integrated circuit atau IC), yang juga dikenal sebagai microchip atau atau cukup di sebut chip, adalah sebuah rakitan kompak dari rangkaian elektronik yang terbentuk dari berbagai komponen elektronik seperti transistor, resistor, dan kapasitor beserta interkoneksinya.[1] komponen-komponen itu di fabrikasi pada selembar material semikonduktor yang tipis dan rata (disebut sebagai chip), yang paling umum terbuat dari silikon.[1] Sirkuit terpadu merupakan bagian integral dari berbagai macam perangkat elektronik (termasuk komputer, ponsel pintar, dan televisi) yang menjalankan fungsi seperti pemprosesan data, kontrol, dan penyimpanan. Teknologi ini telah mentransformasi bidang elektronika dengan memungkinkan miniaturisasi perangkat, meningkatkan kinerja, serta mengurangi biaya produksi.

Dibanding dengan rangkaian yang di rakit dari komponen diskret, sirkuit terpadu memiliki ukuran yang jauh lebih kecil, lebih cepat, lebih hemat energi, dan lebih murah, sehingga memungkinkan penanaman jumlah transistor yang sangat tinggi. Kemampuannya untuk diproduksi secara massal, keandalan yang tinggi, serta pendekatan desain sirkuit terpadu yang terstandardisasi dan modular memfasilitasi penggantian cepat terhadap desain yang menggunakan transistor diskret. Saat ini IC hadir di semua perangkat elektronik dan dan telah merevolusi teknologi modern. Produk-produk seperti prosesor komputer, mikrokontroler, prosesor sinyal digital serta chip pemprosesan tertanam pada peralatan rumah tangga menjadi fondasi bagi masyarakat kontemporer karena ukurannya yang sangat kecil, biayanya yang rendah, serta fungsionalitas yang serbaguna.

Teknologi VLSI (Very-large-scale-integration) mulai praktis di gunakan berkat kemajuan teknologi dalam fabrikasi perangkat semikonduktor. Sejak awal kemunculannya di tahun 1960-an, ukuran, kecepatan, dan kapasitas chip telah berkembang sangat pesat. Hal ini didorong oleh kemajuan teknis yang mampu memuat semakin banyak transistor kedalam chip dengan ukuran yang sama. Sebagai gambaran, sebuah chip modern saat ini mampu menampung milyaran transistor di area seluas kuku jari manusia. Kemajuan ini secara garis besar mengikuti hukum moore, membuat chip komputer masa kini memiliki kapasitas jutaan kali lipat dan kecepatan ribuan kali lipat di bandingkan dengan chip komputer dari awal tahun 1970-an.

Sirkuit terpadu (IC) memiliki tiga keunggulan di banding rangkain lain dari komponen diskret, yaitu ukuran, biaya, dan performa, ukuran dan biayanya bisa di tekan karena chip beserta seluruh komponennya di cetak sekaligus sebagai satu kesatuan menggunakan teknik fotolitogarafi, bukan dirakit satu persatu transistor. Selain itu, IC yang sudah di kemas mengonsumsi jauh lebih sedikit bahan baku di banding rangkain diskret. Dari segi performa, IC unggul karena komponen di dalamnya dapat beralih (switch) dengan sangat cepat dan hemat daya berkat ukurannya yang kecil dan jarak antar-komponen yang sangat dekat. Kekurangan utama dari IC tingginya biaya awal untuk proses awal desain serta modal yang sangat besar untuk membangun pabrik pembuatannya. Biaya awal yang sangat tinggi ini membuat IC baru layak secara komersial jika diproduksi dalam jumlah yang sangat besar.

Gambar mikroskopis dari "die" inti dari sirkuit terpadu NPX PCF8577 LCD Driver dengan I²C, di gunakan untuk mengendalikan LCD. Bagian pinout merupakan lingkaran-lingkaran gelap yang mengelilingi sirkuit terpadu terseb

Penemuan

[sunting | sunting sumber]

Penemuan awal sirkuit terpadu dimulai sejak tahun 1949, ketika engineer Jerman Werner Jacobi (Siemens AG) Diarsipkan 2012-10-11 di Wayback Machine. mengajukan hak paten untuk amplifying device semikonduktor dengan struktur mirip dengan struktur sirkuit terpadu [2] yang menggunakan lima transistor yang dimuat pada sebuah substrat dalam susunan amplifier 2-tahap. Jacobi mengemukakan alat bantu pendengaran sebagai contoh tipikal aplikasi industri dari hak paten tersebut. Tetapi, tidak ada kabar mengenai pemakaian hak paten ini secara komersial.

Gagasan sirkuit terpadu dipikirkan oleh seorang ilmuwan radar yang bekerja untuk Royal Radar Establishment di Ministry of Defence, Geoffrey W.A. Dummer (1909–2002). Dummer mencetuskan gagasannya di depan publik pada the Symposium on Progress in Quality Electronic Components di Washington, D.C. pada 7 Mei 1952.[3] Ia mencetuskan idenya di beberapa simposium lainnya, dan berusaha untuk membuat rangkaian seperti itu pada 1956, tetapi tanpa keberhasilan.

Gagasan pendahulu dari sirkuit terpadu yaitu membuat kotak persegi kecil dari keramik (wafers), dan setiap persegi memuat satu miniatur komponen. Komponen tersebut kemudian disatukan dan dihubungkan dengan kabel untuk membentuk kisi 2 atau 3 dimensi. Gagasan ini terlihat meyakinkan, dan pada tahun 1957 diajukan kepada US Army oleh Jack Kilby, yang menghasilkan proyek Micromodule Program (sama dengan 1951's Project Tinkertoy) yang berumur pendek.[4] Tetapi, seiring berjalannya proyek ini, Kilby memikirkan sebuah gagasan lain yang sekarang dikenal sebagai rangkaian terpadu (integrated circuit).

Robert Noyce mengakui peranan Kurt Lehovec yang bekerja 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 disebabkan oleh sambungan p-n yang di-bias (diode), sebagai komponen dasar sirkuit terpadu.[5]

Kilby yang baru dipekerjakan oleh Texas Instruments menuliskan idenya tentang sirkuit terpadu pada Juli 1958, dan kemudian sukses membuat sebuah sirkuit terpadu yang dapat bekerja pada 12 September 1958.[6] Dalam aplikasi patennya pada 6 Februari 1959, Kilby mendeskripsikan perangkat barunya sebagai “tubuh dari bahan semikonduktor ... di mana semua komponen sirkuit elektronik terpadukan sepenuhnya.”[7] Penemuan baru ini pertama kali digunakan oleh US Air Force.[8]

Kilby dihargai Nobel Prize pada tahun 2000 di bidang Fisika untuk peranannya dalam penemuan sirkuit terpadu.[9] Karya Kilby diberi nama IEEE Milestone pada tahun 2009.[10]

Noyce juga memikirkan ide mengenai sirkuit terpadu setengah tahun lambat setelah 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 adalah asal teknologi sirkuit terpadu menggunakan silikon dengan self-aligned gate, yang merupakan dasar dari teknologi CMOS yang digunakan di hampir semua chip komputer saat ini. Tekhnologi self-aligned gate ini dikembangkan oleh fisikawan Italia Federico Faggin pada tahun 1968. Ia kemudian pindah ke Intel untuk mengembangkan Central Processing Unit (CPU) pertama dalam sebuah chip (Intel 4004), yang kemudian membawanya pada penghargaan National Medal of Technology and Innovation pada tahun 2010.

Generasi/pengelompokan

[sunting | sunting sumber]

Pada mulanya sirkuit terpadu hanya dapat memuat beberapa transistor dalam sebuah chip, akibat ukuran transistor yang besar dan produksinya yang belum efisien. Karena jumlah transistor yang sedikit ini, proses mendesain sirkuit terpadu tergolong mudah. Seiring berkembangnya teknologi ini, jutaan, bahkan baru-baru ini miliaran[11] transistor dapat dimuat dalam sebuah chip, dan dibutuhkan perencanaan yang baik untuk membuat desain yang baik. Saat ini, desain sirkuit terpadu dilaksanakan dengan bantuan software yang disebut CAD tools.

SSI, MSI, dan LSI

[sunting | sunting sumber]

Sirkuit terpadu awal hanya memuat beberapa transistor dan digolongkan sebagai "small-scale integration" (SSI), yaitu sirkuit digital yang memuat 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 digunakan oleh ilmuwan IBM, Rolf Landauer saat menjelaskan konsep[butuh rujukan], yang selanjutnya melahirkan istilah SSI, MSI, VLSI, dan ULSI.

SSI digunakan 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 diproduksi secara massal.[12] Program misail Minuteman dan banyak program Navy lainnya adalah pasar bagi sirkuit terpadu yang bernilai sebesar $4 miliar pada tahun 1962, dan pada tahun 1968, budget pemerintah A.S. merupakan 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 kemudian konsumen. Harga rata-rata sebuah chip turun dari $50.00 pada 1962 menjadi $2.33 pada 1968.[13] Sirukuit terpadu mulai muncul pada produk konsumen di akhir dekade, dan aplikasi tipikalnya yaitu FM inter-carrier sound processing pada penerima signal di televisi.

SSI Sirkuit terpadu berkembang menjadi "medium-scale integration" (MSI) pada akhir tahun 1960an, ditandai dengan munculnya chip yang memuat 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 menghasilkan lebih sedikit komponen untuk dirakit pada circuit board.

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

VLSI

[sunting | sunting sumber]
Lapisan interkoneksi atas pada mikroprosesor Intel 80486DX2 mati

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

Beragam teknologi dibutuhkan untuk meningkatkan densitas sirkuit terpadu. Produsen beralih pada proses teknologi yang lebih kecil untuk memuat lebih banyak 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. Akibat membengkaknya konsumsi daya seiring naiknya densitas sirkuit terpadu, teknologi CMOS, yang memiliki disipasi daya yang lebih rendah, digunakan untuk menggantikan teknologi NMOS dan PMOS.

Contoh

[sunting | sunting sumber]

Lihat pula

[sunting | sunting sumber]

Referensi

[sunting | sunting sumber]
  1. 1 2 "Learn the microchip basics". ASML (dalam bahasa Inggris). Diakses tanggal 2026-07-12.
  2. ↑ DE 833366 W. Jacobi/SIEMENS AG: „Halbleiterverstärker“ priority filing on 14 April 1949, published on 15 May 1952.
  3. ↑ "The Hapless Tale of Geoffrey Dummer", (n.d.), (HTML), Electronic Product News, accessed 8 July 2008.
  4. ↑ George Rostky, (n. d.), "Micromodules: the ultimate package", (HTML), EE Times, accessed 8 July 2008.
  5. ↑ Hak paten milik Kurt Lehovec mengenai isolasi sambungan p-n: U.S. Patent 3.029.366 disetujui pada 10 April 1962 (tanggal diajukannya adalah 22 April 1959).
  6. ↑ The Chip that Jack Built, (c. 2008), (HTML), Texas Instruments, Retrieved 29 May 2008.
  7. ↑ Winston, Brian. Media technology and society: a history: from the telegraph to the Internet, (1998), Routeledge, London, ISBN 0-415-14230-X ISBN 978-0-415-14230-4, p. 221
  8. ↑ "Salinan arsip". Diarsipkan dari versi aslinya tanggal 2016-10-10. Diakses tanggal 2012-07-14.
  9. ↑ Nobel Web AB, (10 October 2000),(The Nobel Prize in Physics 2000, Retrieved 29 May 2008
  10. ↑ "Milestones:First Semiconductor Integrated Circuit (IC), 1958". IEEE Global History Network. IEEE. Diarsipkan dari versi aslinya tanggal 2015-03-04. Diakses tanggal 3 August 2011.
  11. ↑ Peter Clarke, Intel enters billion-transistor processor era, EE Times, 14 October 2005
  12. ↑ Mindell, David A. (2008). Digital Apollo: Human and Machine in Spaceflight. The MIT Press. ISBN 978-0-262-13497-2.
  13. ↑ Ginzberg, E., Kuhn, J.W., Schnee, J., & Yavitz, B. (1975). Economic Impact of Large Public Programs: The NASA Experience. (pp. 57–60). Salt Lake City, U.S.: Olympus Publishing Company. ISBN 0-913420-68-9
Diperoleh dari "https://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Sirkuit_terpadu&oldid=29473007"