小さくても強力で世界を変えたトランジスタが75周年を迎える

現代世界は75年前、ニュージャージー州の目立たないオフィスパークで始まったと言っても過言ではありません。

これはベル研究所の全盛期でした。電話会社の研究部門として設立されたこの研究所は、1940 年代には科学者やエンジニアの遊び場となっていました。このオフィスビルは、電波望遠鏡、レーザー、太陽電池、さまざまなプログラミング言語など、次から次へと革新を生み出しました。しかし、トランジスタほど影響力のあるものはありませんでした。

技術史家の中には、1947 年後半にベル研究所で初めて作られたトランジスタは人類史上最も重要な発明であると主張する人もいます。それが真実かどうかはともかく、トランジスタが世界をデジタル化する革命のきっかけとなったことは疑いようがありません。トランジスタがなければ、私たちが知っているような電子機器は存在しなかったでしょう。地球上のほぼすべての人が、まったく異なる日々を過ごしていたことでしょう。

「トランジスタはあらゆる所得水準の国々に多大な影響を与えてきた」と、ニュージャージー州に本部を置く電気電子技術者協会の上級会員マノジ・サクセナ氏は言う。「トランジスタが地球上のほぼすべての人々の生活に与えた影響は、いくら評価してもし過ぎることはない」と、ノキア・ベル研究所の副社長トッド・サイザー氏は電子メールで書いている。

そもそもトランジスタとは何でしょうか?

トランジスタとは、簡単に言えば、電流のオン/オフを切り替えることができる装置です。1 秒間に何千回も開閉できる電気ゲートと考えてください。さらに、トランジスタは通過する電流を増幅できます。これらの機能は、コンピューターを含むあらゆる種類の電子機器の構築に不可欠です。

トランジスタ時代の最初の 10 年間で、最初のトランジスタを開発したベル研究所の 3 人の科学者、ウィリアム ショックレー、ジョン バーディーン、ウォルター ブラッテンが 1956 年にノーベル物理学賞を受賞したことで、これらの力が認められました。(その後の数十年間で、科学界の多くは、優生学と IQ に関する人種差別的な考えを支持したとしてショックレーを非難しました。)

トランジスタは通常、電流を操作するのに役立つ半導体と呼ばれる特定の要素から作られています。人間の手のひらほどの大きさの最初のトランジスタは、半金属のゲルマニウムから作られました。1960 年代半ばまでに、ほとんどのトランジスタはシリコン (周期表でゲルマニウムのすぐ上の元素) から作られるようになり、エンジニアはトランジスタを複雑な集積回路にまとめました。これがコンピューター チップの基礎です。

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数十年にわたり、トランジスタの開発はムーアの法則として知られる経験則に従ってきた。最先端の回路に詰め込めるトランジスタの数は、およそ 2 年ごとに倍増するというものだ。コンピューター チップの世界では流行語となっているムーアの法則は、エンジニアの間では長い間決まり文句となっていたが、今日でもまだ有効である。

現代のトランジスタの大きさはわずか数ナノメートルです。この記事を読んでいるデバイスに搭載されている典型的なプロセッサは、おそらく人間の爪よりも小さいチップに数十億個のトランジスタを詰め込んでいます。

トランジスタのない世界はどうなるでしょうか?

この質問に答えるには、トランジスタが何を置き換えたかを見る必要があります。トランジスタは電流を増幅できる唯一の装置ではありませんでした。

真空管が主流になる前、電子機器は真空管に依存していました。真空管は、通常ガラスでできた球で、空気のない内部に帯電プレートが入っています。真空管にはトランジスタに比べていくつかの利点があります。より多くの電力を生成できます。この技術が時代遅れになってから数十年後、一部のオーディオマニアは、真空管音楽プレーヤーはトランジスタのプレーヤーよりも音が良いと断言しました。

しかし、真空管は非常にかさばり、壊れやすいです（白熱電球のようにすぐに切れてしまう傾向があります）。さらに、真空管は「温まる」までに時間がかかることが多く、そのため真空管の機器は、きしむ古いラジエーターのような感じになります。

トランジスタは便利な代替品のように思われた。「トランジスタの発明者自身も、トランジスタが特殊な機器や、おそらくは軍用無線機器に使用できると考えていた」とIEEE電子デバイス協会の現会長ラビ・トーディ氏は言う。

市場に登場した最も古いトランジスタ機器は、1953 年に発売された補聴器でした。その後すぐに、1960 年代を象徴するトランジスタ ラジオが登場しました。ポータブル真空管ラジオは存在していましたが、トランジスタがなければ、携帯ラジオがどこにでも普及し、外出先で音楽を聴くことができるようになることはなかったでしょう。

しかし、トランジスタ時代の初期にはすでに、こうしたデバイスの数が急増し始めており、場合によっては文字通り急増した。宇宙飛行士が宇宙で宇宙船の方向を定めるのに役立ったアポロ計画の搭載コンピューターは、トランジスタで構築されていた。トランジスタがなければ、エンジニアは窮屈な宇宙船にかさばる真空管デバイスを搭載するか、宇宙飛行士は地上からの面倒なコマンドに頼るしかなかっただろう。

トランジスタは、すでにコンピューター自体に革命を起こし始めていました。トランジスタ時代の始まる直前に作られたコンピューター、米国軍の研究用に設計された ENIAC は、18,000 本の真空管を使用し、舞踏室ほどの広さのスペースを占めていました。

真空管式コンピューターは、時が経つにつれて、より狭い部屋に押し込められるようになりました。1951 年の UNIVAC I は当時でも 100 万ドル以上 (インフレは考慮していません) かかり、その顧客は大企業や国勢調査局のような大量のデータを扱う政府機関でした。トランジスターで動くパーソナル コンピューターが中流家庭に普及し始めたのは、1970 年代から 1980 年代になってからでした。

トランジスタがなければ、コンピューターは家庭ではなく職場で使われるものになるかもしれません。スマートフォン、携帯用ナビゲーション、フラットスクリーン ディスプレイ、駅の電子時間表示画面、あるいは質素なデジタル時計さえも忘れてください。これらすべての動作にはトランジスタが必要です。

「トランジスタは、電気通信、データ通信、航空、オーディオおよびビデオ録画機器など、あらゆる現代技術の基礎となっています」とトーディ氏は言う。

トランジスタ技術の今後 75 年間はどのようなものになるでしょうか?

2022 年の世界が 1947 年の世界と大きく異なって見えるのは、主にトランジスタのおかげであることは否定できません。では、75 年後の 2097 年の世界では、トランジスタに何を期待すべきでしょうか?

確実に言うのは難しい。今日のトランジスタのほとんどはシリコンで作られており、それがシリコンバレーの名の由来となっている。しかし、この状況はいつまで続くのだろうか？

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シリコントランジスターは今や十分小型化しており、エンジニアたちはこれ以上小型化できるかどうか確信が持てない。これはムーアの法則に終わりがあるかもしれないことを示している。また、エネルギー意識の高い研究者たちは、データセンターやその他の大規模施設からの二酸化炭素排出量を削減することを期待して、消費電力の少ないコンピューターチップを製造したいと考えている。

シリコンの代替品を考えている研究者はますます増えています。彼らは奇妙な量子効果と小さな磁石を利用するコンピューター チップを考えています。彼らはゲルマニウムや特殊な炭素などの代替材料を検討しています。これらのうち、シリコン トランジスタに取って代わる可能性があるのはどれでしょうか。それはまだ確実ではありません。

「あらゆるニーズを満たすテクノロジーはひとつもありません」とサクセナ氏は言う。そして、2090年代を決定づけるテクノロジーがまだ発明されていない可能性も大いにある。