PERCAYAKAH terdapat lebih dari 40 juta transistor pada sebuah prosesor Pentium 4 atau Athlon XP yang Anda pakai? Sebanyak 7,5 juta transistor pada prosesor Pentium II dan hanya 275.000 transistor pada sebuah prosesor Pentium 486 yang terkenal di tahun 1980-an silam. Hal tersebut mungkin jarang diamati, karena transistor sebanyak itu telah dikemas secara rapi dalam bentuk chip silikon yang besarnya hanya beberapa inchi persegi. Namun ada baiknya mengetahui fenomena tersebut agar semakin mengenal barang-barang yang tanpa terasa menjadi konsumsi sehari-hari.
Pemakaian jumlah transistor selalu mengalami peningkatan secara signifikan dari tahun ke tahun. Hal itu berpengaruh pada ukuran transistor dan kemampuan processor. Bayangkan, jika terdapat 40 juta transistor pada sekeping IC seluas 2 inchi persegi, seberapa besar satu buah transistor?
Banyaknya transistor menentukan kemampuan kecepatan processor. Jika Pentium pertama keluaran Intel hanya mampu berkecepatan maksimal 233 MHz, Pentium II dan processor sekelasnya hingga 800 MHz, Pentium III hingga 1,5 GHz, maka Pentium 4 terbaru berkecepatan hingga 3 GHz.
Mengapa kemampuan processor dapat meningkat demikian drastis? Pemakaian jumlah transistor di setiap keping chip processor adalah kuncinya. Dalam chip prosesor Pentium 4 terdapat 54 juta transistor, atau dua kali lipat dari Pentium III yang memiliki 24 juta transistor.
Semakin besar jumlah transistor yang dipakai akan meningkatkan kemampuan melakukan instruksi paralel setiap detik. Jika processor 486 hanya mampu menjalankan 20 MIPS (Million Instruction Per Second), Pentium 4 terbaru mampu menjalankan 1,5 juta MIPS.
Kenyataan ini telah menjadi sebuah fenomena tersendiri sejak penemuan IC (Integrated Circuit) tahun 1958 oleh Jack Kilby di laboratorium Texas Instrument. Di tempat berbeda dalam waktu yang bersamaan, Robert Noyce memiliki ide serupa di laboratorium Fairchild Semiconductor hingga memperoleh hak paten IC tahun 1961. Oleh karena itu kedua peneliti secara bersamaan dikenal sebagai penemu IC. Sejak saat itulah revolusi transistor dimulai.
PENGEMBANGAN IC tidak lepas dari mekanisme kerja transistor yang ditemukan John Bardeen, Walter Houser Brattain, dan William Bradford Shockley tahun 1948 atas hasil penelitiannya di Bell Labs., Amerika Serikat. Transistor yang memanfaatkan bahan semikonduktor (seperti silikon, germanium, dan gallium arsenide) membuat ukuran komponen elektronika jauh lebih kecil dan ringkas. Didukung cara kerja yang tidak berbeda dengan tabung trioda atau vacuum tube yang dipakai sebelumnya, pemakaian jumlah transistor dalam berbagai aplikasi semakin meningkat. Hingga muncul gagasan untuk menjadikan seluruh komponen dalam suatu lembaran silikon (planar). Gagasan inilah yang mendasari ditemukannya IC.
IC tidak ubahnya sebuah sirkuit elektronika yang terdiri dari komponen elektronika seperti transistor, resistor, kapasitor, dan sebagainya. Yang berbeda dari sirkuit elektronika yang lain adalah sirkuit IC dibangun di atas wafer silikon (atau bahan semikonduktor yang lain seperti galium arsenide atau germanium) secara planar (pada lapisan dan blok material tertentu).
Kelebihan bahan semikonduktor adalah memiliki sifat konduktivitas (sifat penghantar listrik) yang dapat berubah melalui proses doping, memasukkan bahan lain ke dalam kristal semikonduktor. Boron dan fosfor biasa dipakai sebagai dopant untuk membentuk muatan positif dan negatif dari kristal silikon yang semula netral/tidak bermuatan.
Kristal silikon yang bermuatan positif disebut tipe p, dan yang negatif disebut tipe n. Perbedaan muatan pada kristal ini digunakan untuk membentuk dioda, gate transistor, resistor, kapasitor, dan komponen yang lain. Kristal yang bermuatan sama dapat digunakan bersama-sama oleh komponen yang berbeda. Dengan metode tersebut sirkuit elektronika dapat dibuat lebih kecil dan efisien dibandingkan dengan sirkuit yang dibangun dengan tabung trioda atau transistor berkaki tiga.
Dengan kelebihan yang dimiliki IC, pemakaian jumlah transistor pada sebuah keping IC terus meningkat dari tahun ke tahun. Gordon Moore, saat masih di Fairchild Semiconductor melakukan observasi dan memprediksikan kecenderungan tersebut melalui tulisannya berjudul Cramming More Components Onto Integrated Circuits (memasukkan sebanyak mungkin komponen pada rangkaian terintegrasi) yang dimuat di majalah Electronics No. 8 Volume 38 pada 19 April 1965.
Dalam tulisannya, Moore meramalkan, pemakaian transistor pada keping IC meningkat secara eksponensial dua kali lipat setiap tahun. Prediksi Moore dikenal sebagai Hukum Moore dan terbukti hingga saat ini. Namun kecenderungan tersebut terus menurun dan mulai dipertanyakan ketepatannya, sehingga peningkatan jumlah IC secara eksponensial berlangsung rata-rata menjadi setiap 18 bulan.
Namun Gordon Moore mempertahankan pendapatnya dan membantah, Hukum Moore tidak lagi relevan dalam penjelasannya di depan International Solid State Circuits Conference (ISSCC) pada 10 Februari 2003 dalam presentasi berjudul No Exponential Forever, But We Can Delay Forever. (Eksponensial Tidak Selamanya, Namun Kami Selalu Dapat Menunda). Moore mengakui, prediksinya tidak selamanya akurat. Meskipun demikian, Hukum Moore terus dipelajari para ahli dan menjadi bahan kajian yang penting.
HUKUM Moore bukan sekadar prediksi dan hasil pengamatan belaka. Saat ini, Hukum Moore telah dijadikan target dan tujuan yang ingin dicapai dalam pengembangan industri semikonduktor. Peneliti di industri prosesor berusaha mewujudkan Hukum Moore dalam pengembangan produknya. Produsen alat produksi IC berusaha membuat alat yang dapat mencetak transistor sekecil mungkin. Industri material semikonduktor terus menyempurnakan produk material yang dibutuhkan prosesor, dan aplikasi komputer dan telekomunikasi berkembang pesat seiring dikeluarkannya prosesor yang memiliki kemampuan semakin tinggi.
Secara tidak langsung, Hukum Moore menjadi umpan balik (feedback) untuk mengendalikan laju peningkatan jumlah transistor pada keping IC. Hukum Moore telah mengendalikan semua orang untuk bersama-sama mengembangkan prosesor. Terlepas dari alasan-alasan tersebut, pemakaian transistor akan terus meningkat hingga ditemukannya teknologi yang lebih efektif dan efisien yang akan menggeser mekanisme kerja transistor sebagaimana yang dipakai saat ini.
Semakin kecil ukuran sebuah transistor, memungkinkan penggunaan transistor yang semakin berlipat ganda. Bahkan baru-baru ini Bell Labs. telah mengumumkan penemuan single nano tube yang berpeluang menjadi transistor berukuran nanometer dan para peneliti di Technion, Israel telah mengembangkan transistor berbasis DNA dan single nano tube. Perkembangan ini menjadi pengarah kemajuan nanotechnology di bidang elektronika.
HUKUM Moore merupakan salah satu sumbangan besar Gordon Moore yang dilahirkan pada 3 Januari 1929 dan dibesarkan di Kalifornia, dekat Palo Alto. Dengan gelar PhD. di bidang fisika dan kimia dari Caltech, dia adalah salah satu peneliti andalan William Bradford Shockley saat mendirikan Shockley Semiconductor di Kalifornia tahun 1956.
Setahun kemudian dia keluar dari Shockley Semiconductor dan bekerja di Fairchild Semiconductor. Gordon Moore bekerja di Fairchild Semiconductor selama 11 tahun, saat di mana ia menulis sebuah artikel di majalah Electronics tentang masa depan industri semikonduktor.
Gordon Moore bersama dengan Robert Noyce mendirikan Intel Corp. pada tahun 1968 setelah keluar dari Fairchild Semiconductor. Gordon Moore dikenal sebagai salah satu orang terkaya di dunia saat ini. Betapa tidak, berdasarkan data riset Mercury Research di akhir tahun 2003, produk prosesor buatan Intel menguasai 83,6 asar processor dunia yang bernilai jutaan dolar AS disusul Advance Micro Device (AMD) 14,9 sementara sisanya dibagi perusahaan lain.
Meskipun Gordon Moore bukanlah penemu transistor atau IC, gagasan yang dilontarkannya mengenai kecenderungan peningkatan pemakaian jumlah transistor pada IC telah memberikan sumbangan besar bagi kemajuan teknologi informasi. Tanpa jasa Moore mungkin kita belum bisa menikmati komputer berkecepatan 3GHz seperti saat ini.
Sumber :
1. Tri Wahono ( 25 Maret 2005 ). Gordon Moore, Melipatgandakan Transistor.
12 Desember 2001.
