De siste tiårene har teknologiens utvikling skutt fart i et tempo få hadde forestilt seg. Fra å være mekaniske og analoge samfunn har vi beveget oss inn i en tid der digitalisering former alt fra hverdagsliv til industri og vitenskap. Elektronikk og informasjonsbehandling har blitt selve navet i global innovasjon, og utgjør grunnpilaren for samfunnets velferd og fremtidige muligheter.
Gjennombruddet for denne teknologiske transformasjonen kan spores tilbake til utviklingen av transistoren, en liten elektronisk komponent som fungerer som en bryter eller forsterker for elektrisk strøm. Før transistoren var det vakuumrør som dominerte elektronikken, men disse var store, upålitelige og energikrevende. Med transistorens inntog åpnet det seg plutselig for muligheter til å gjøre maskiner mindre, mer effektive og langt mer avanserte. Denne utviklingen la grunnlaget for fremveksten av integrerte kretser, hvor tusenvis – etterhvert milliarder – av transistorer kunne samles på én enkelt brikke. Resultatet var datamaskiner og elektroniske systemer med en datakraft og allsidighet verden aldri hadde sett maken til.
Overgangen fra store, upålitelige vakuumrør til kompakte, pålitelige transistorer skapte en teknologisk revolusjon som la grunnlaget for datamaskinens inntog. Med transistoren fikk man for første gang muligheten til å bygge små, energieffektive og driftssikre elektroniske apparater, noe som ikke bare åpnet for nye forbrukerprodukter, men også drev frem en eksplosjon av innovasjon innen kommunikasjon, navigasjon og automatisering. Dette gjorde det mulig å realisere drømmer som tidligere bare hadde vært science fiction – fra bærbare radioer til romsonder og, etter hvert, datamaskiner som kunne håndtere omfattende beregninger på brøkdelen av tiden det tidligere tok.
Bakgrunnen for denne dramatiske utviklingen var et sterkt behov for å forbedre ytelsen og påliteligheten til datamaskiner og kommunikasjonsutstyr. På midten av 1900-tallet var forskere og ingeniører over hele verden på jakt etter løsninger som kunne gjøre elektroniske systemer mindre, raskere og billigere å produsere. Samtidig vokste behovet for avansert regnekraft – særlig under andre verdenskrig, der kryptoanalyse, ballistiske beregninger og kommunikasjon var avgjørende for militære operasjoner.
Dette kappløpet mot mer effektive elektroniske løsninger la press på teknologimiljøene, spesielt i USA og Storbritannia. Her ble det gjort banebrytende fremskritt innen utviklingen av datamaskiner og elektroniske regnemaskiner basert på den tids ledende teknologi – vakuumrørene. Disse maskinene var enorme og krevde store mengder energi, men åpnet for tidligere utenkelige anvendelser innenfor alt fra militært forsvar til forskning og industri.
Det var imidlertid klart at fremtiden tilhørte komponenter som kunne gjøre de elektroniske kretsene mer kompakte, effektive og robuste. På denne bakgrunnen vokste det frem en ny æra for elektronikken, drevet av oppdagelsen av halvledermaterialenes unike egenskaper og jakten på stadig høyere grad av integrasjon og automatisering.
For å forstå litt av bakgrunne for denne utviklingen, må vi rette blikket mot et av de mest innflytelsesrike innovasjonsmiljøene i forrige århundre: Bell Labs. Dette forskningssenteret, kjent for sin banebrytende innsats innen telekommunikasjon, sto overfor utfordringen med å skape komponenter som kunne forsterke elektriske signaler over lange avstander uten å ofre effektivitet eller pålitelighet. Det var nettopp dette behovet som ledet forskerne til å eksperimentere med nye materialer og konsepter, noe som resulterte i oppfinnelsen av transistoren laget av halvledermaterialene silisium og germanium. Gjennombruddet ved å kunne “dope” halvledere med bestemte stoffer og kontrollere elektriske egenskaper gjennom ytre felter, åpnet døren til en ny æra innen elektronikken. Da John Bardeen og Walter Brattain i 1947 demonstrerte den første fungerende transistoren, bygget på William Shockleys teori, markerte det ikke bare slutten på vakuumrørets dominans, men starten på en revolusjon som senere skulle belønnes med Nobelprisen i fysikk.
Veien videre krevde imidlertid enda større integrasjon og miniatyrisering. Det var ikke lenger tilstrekkelig å kun erstatte vakuumrøret én-til-én med transistoren; det måtte tenkes nytt rundt hvordan hele kretser kunne samles i én og samme fysiske enhet. Her begynte jakten på det som skulle bli integrerte kretser, hvor man kunne samle logiske og analoge komponenter – motstander, kondensatorer og transistorer – på en eneste brikke av halvledermateriale. Dette banet vei for datamaskiner og elektronikk med et funksjonsnivå og en pålitelighet som knapt noen hadde forestilt seg.
Den integrerte kretsen ble uavhengig oppfunnet av Jack Kilby i Texas Instruments (1958) og Robert Noyce i Fairchild Semiconductor. Kilby brukte germanium, mens Noyces silisiumdesign var bedre egnet for masseproduksjon og la grunnlaget for dagens kretser. Fairchild Semiconductors fikk tidlig viktige kunder som IBM og det amerikanske forsvaret. Gordon Moore fra Fairchild forutså utviklingen og formulerte Moore’s lov, om at antall transistorer på en krets dobles omtrent hvert andre år. Dette har ført til mer datakraft og lavere kostnader. Moore var senere med å stifte Intel, som i 2025 har 75 % av mikroprosesser-markedet for PCer!
I dag deles integrerte kretser og halvlederbrikker inn i tre hovedtyper: logikk-kretser, minnekretser og analoge kretser.
Logikk-kretser omfatter mikroprosessorer, grafikkprosessorer og systembrikker. En systembrikke (SoC, System on a Chip) er en integrert krets hvor flere ulike funksjoner – som prosessor, minne og grafikk – samles på én og samme brikke for å gjøre elektroniske enheter mer effektive og kompakte. Markedsledende selskaper innen design av logikk-kretser er Intel, Nvidia, AMD, Apple og Qualcomm.
Den andre hovedtypen, minnekretser, omfatter både datamaskinens arbeidsminne og lagringsenheter som harddisker og SSD-er. Hovedleverandørene av slike minnekretser er blant annet Samsung og Micron.
Blant den tredje hovedkategorien, analoge kretser, finner vi blant annet radiofrekvenskretser til bruk i mobiltelefoner, kretser for å omdanne tale og bilde til digitale signaler, samt komponenter for signalbehandling og styring av strømforbruk. Analoge kretser er avgjørende i alt fra lydutstyr til medisinske apparater.
Utviklingen innen produksjonsteknologi har også hatt enorm betydning for hele bransjen, og påvirker fremtidens innovasjoner. Produksjon av logikk- og minnekretser krever nå så store investeringer at det kun er de største aktørene som har mulighet til å holde tritt. Selve produksjonen skjer i såkalte “foundries”, en betegnelse på fabrikker som spesialiserer seg på å produsere halvlederbrikker på vegne av andre selskaper som har designet dem. I dag domineres dette markedet av TSMC (Taiwan), Samsung (Sør-Korea) og Intel (USA). De mest avanserte brikkene produseres ved hjelp av utstyr fra ASML (Nederland), og støpes med en transistorbredde – altså avstanden mellom de enkelte transistorene på brikken – på under 5 nanometer. Dette gjør det mulig å få plass til flere milliarder transistorer på en enkelt brikke.
Når vi ser mot fremtiden, er det klart at integrerte kretser vil fortsette å spille en sentral rolle. En nøkkelfaktor for utviklingen har vært Moore’s lov, som ble formulert av Gordon Moore i 1965. Moore’s lov har vært retningsgivende for tempoet i utviklingen av datateknologi, fordi den har forutsagt at antall transistorer per arealenhet på en integrert krets dobles omtrent hvert annet år. Dette har gjort det mulig å lage stadig kraftigere, mindre og billigere elektronikk – noe vi merker i alt fra mobiltelefoner til superdatamaskiner. Det diskuteres nå hvorvidt denne utviklingen kan fortsette i samme tempo, eller om vi nærmer oss fysiske grenser for hva som er mulig. Likevel lever teknologiforbedringen videre, ikke bare i form av flere transistorer, men også gjennom nye tilnærminger som kunstig intelligens, maskinlæring og utviklingen av kvantedatamaskiner.
Halvlederteknologi har helt siden 1950-tallet hatt stor militær og strategisk betydning. For eksempel fikk presisjonsstyrte missiler under Gulfkrigen en helt avgjørende rolle. Missilene var avhengig av avanserte halvlederbaserte sensorer og kontrollsystemer, moderne satellittkommunikasjon og radarer som benyttet mikrochips for signalbehandling og styring. Disse teknologiene har endret måten krigføring og etterretning utøves på globalt nivå.
Integrerte kretser – små elektroniske enheter hvor millioner av komponenter er samlet på én brikke – står i sentrum for denne utviklingen. Slike kretser finnes i alt fra mobiltelefoner til styringssystemer for romsonder. I dag uunnværlig i avanserte våpensystemer, kunstig intelligens og cybersikkerhet, har kontrollen over halvlederproduksjon blitt et avgjørende geopolitisk verktøy. Den som har kontroll på halvlederproduksjonen, har en strategisk fordel i det geopolitiske spillet, altså kampen mellom stater om teknologisk og økonomisk dominans.
Eksportrestriksjoner betyr at land setter begrensninger på hvilke halvlederprodukter eller produksjonsutstyr som kan selges til andre land, ofte av hensyn til nasjonal sikkerhet eller for å beholde et teknologisk forsprang. For eksempel har USA i senere år innført slike restriksjoner mot kinesiske teknologiselskaper for å hindre tilgang til de mest avanserte brikkene.
Integrerte kretser står dermed i sentrum for teknologisk utvikling, økonomisk vekst og globale maktforhold. Etter hvert som grensene for hva som er teknisk mulig stadig flyttes, vil kontrollen over halvlederteknologi fortsette å være en viktig faktor i internasjonal politikk.
Oppsummert: Halvledere og integrerte kretser påvirker alt fra smarttelefoner til verdens sikkerhetspolitikk. I en tid der digitalisering og teknologisk kappløp preger verdenssamfunnet, er forståelsen av halvlederteknologi avgjørende for å følge med på både teknologiske og politiske utviklingstrekk.
Kilder:
Chip War, The fight for the world’s most critical technology, 2022, Chris Miller
Chip War” traces the evolution of the semiconductor industry – Economist, October 2022
Integrerte kretser, Det store Norske leksikon
Integrerte kretser, Wikipedia.no
