Transistor dan Hukum Moore – Techdiary #3

Waktu demi waktu, teknologi terus berkembang dengan pesat. Beberapa dekade lalu, komputer pada umumnya memiliki ukuran yang cukup besar dan tidak dapat dibawa ke mana-mana. Namun saat ini komputer tersebut ada di genggaman tangan kita. Ya, telepon pintar yang dulunya belum pintar dan hanya bisa digunakan untuk telepon dan pengiriman pesan jarak jauh sekarang bisa digunakan untuk belajar, belanja, dan bahkan mengerjakan tugas atau skripsi. Ini semua berkat perkembangan teknologi transistor yang selalu mengecil dari masa ke masa berdasarkan hukum Moore. Di artikel ini kita akan membahas tentang hukum Moore, dan bagaimana hukum tersebut membawa pengaruh di perkembangan teknologi komputer.

Transistor

Penemuan transistor pada tahun 1947 oleh William Shockley, John Bardeen, dan Walter Brattain telah membawa kita menuju era digital. Berkat adanya transistor, kita dapat melakukan operasi matematika yang kompleks dengan sangat mudah dalam waktu yang sangat singkat.

Seiring perkembangan zaman, ukuran transistor semakin mengecil dan mengecil, salah satunya berkat ide yang digagas oleh Jack Kilby pada tahun 1957-1958. Beliau menggagas perancangan komponen elektronik yang terkandung di dalam wafer keramik yang kecil. Seiring dengan kesuksesannya, ide tersebut berkembang sehingga menjadi apa yang dikenal sebagai chip komputer. Atas jasa tersebut, beliau memenangkan hadiah Nobel pada tahun 2000.

MOSFET

Jenis transistor yang ditemukan pertama kali atau bipolar junction transistor (BJT) memanfaatkan sifat dioda yang dapat menyearahkan arus dengan memperhatikan bagaimana transistor dipanjarkan. Kemudian pada tahun 1960 Mohamed M. Atalla dan Dawon Kahng berhasil membuat transistor yang menggunakan prinsip berbeda, yakni dengan memanfaatkan efek medan listrik akibat adanya tegangan untuk mengatur hantaran listrik. Transistor ini dikenal sebagai Metal-Oxide Semiconductor Field-Effect Transistor atau MOSFET yang memiliki beberapa keunggulan dibanding BJT terutama dalam hal efisiensi daya serta kecepatan switching. Karena kelebihan-kelebihannya, jenis transistor ini menjadi jenis yang digunakan dalam pembuatan prosesor hingga saat ini, menggantikan BJT.

Tidak seperti BJT yang bagiannya terdiri dari base, emitter, dan collector, bagian MOSFET dikenal sebagai gate, source, dan drain. Bagian gate terpisah dari drain dan source dengan bahan isolator sehingga adanya tegangan dari gate akan membuat isolator tersebut bertindak seperti kapasitor. Ini adalah alasan mengapa MOSFET lebih hemat daya daripada BJT, karena kapasitor ideal tidak mengkonsumsi daya.

Hukum Moore

Mengamati perkembangan teknologi ini, seorang pebisnis bernama Gordon Moore yang mendirikan Intel Corporation pada tahun 1965 melakukan suatu prediksi dimana seiring berjalannya waktu, jumlah transistor di dalam chip komputer akan bertambah akibat ukuran transistor yang semakin kecil. Pengamatan Moore ini umumnya dikenal sebagai hukum Moore (Moore’s law). Selain memprediksikan jumlah transistor dalam chip tiap waktunya, hukum Moore ini juga memprediksikan peningkatan kecepatan pengolahan data dan penurunan biaya chip komputer. Hukum Moore ini akhirnya terealisasi seperti pada kurva berikut ini, dimana jumlah transistor dalam satu chip meningkat secara linear per beberapa tahun.

Kurva pertumbuhan jumlah transistor dalam satu mikroprosesor per beberapa tahun dari 1971-2017. Sumber: ourworldindata.com

Dampak dari hukum Moore ini tentunya terletak pada kecanggihan prosesor di dalam gadget yang digunakan sehari-hari. Semakin banyak jumlah transistor dalam prosesor, semakin banyak pula tugas yang dapat dikerjakan. Akibatnya, komputasi yang dilakukan oleh prosesor menjadi lebih efisien.

Silikon dan Hukum Moore

Mungkin dapat dikatakan bahwa silikon merupakan salah satu atom yang memiliki manfaat cukup besar. Dalam bidang teknologi, silikon adalah bahan dasar dari pembuatan bahan semikonduktor yang merupakan komponen dasar dari MOSFET. Secara singkat, bahan silikon merupakan bahan yang tidak dapat menghantarkan listrik dengan baik, namun daya hantar listriknya dapat meningkat apabila dicampuri dengan bahan lain.

Pengecilan ukuran transistor sama saja dengan pengurangan jumlah atom silikon dalam transistor. Pada tahun 2020, produsen chip asal Taiwan, Taiwan Semiconductor Manufacturing (TSM) berhasil mengecilkan transistor hingga skala 5 nanometer (nm). Karena ukuran satu atom silikon sebesar 0.2 nm, maka hanya 25 silikon saja yang digunakan dalam transistor tersebut. Ini merupakan ancaman besar untuk hukum Moore karena atom memiliki ukuran tertentu. Apabila suatu saat seseorang berhasil membuat transistor hanya dengan satu buah atom silikon saja, tentunya hukum Moore sudah mencapai batasnya. Dengan kata lain, ketika hal itu terjadi mungkin teknologi digital akan mengalami titik tercanggihnya sehingga tidak dapat berkembang lagi.

Akhir dari Hukum Moore dan Komputasi Kuantum

Kematian hukum Moore ini mungkin adalah titik dimana teknologi MOSFET menjadi teknologi yang primitif apabila para produsen prosesor telah berhasil membangun transistor tanpa menggunakan atom. Salah satu teknologi yang mampu melanjutkan perkembangan teknologi komputasi ini adalah komputasi kuantum atau quantum computing.

Komputasi kuantum ini memanfaatkan prinsip superposisi kuantum untuk melakukan suatu perhitungan. Singkatnya, superposisi kuantum dapat dianalogikan seperti koin yang terlempar dan berputar-putar. Ketika terlempar, kita tidak tahu penampang yang diberikan oleh koin (angka atau gambar), maka kita mengartikan bahwa keadaan angka dan gambar di waktu yang sama. Namun, ketika koin tersebut mendarat dan berhenti berputar, kita dapat mengetahui penampang yang diberikan, sehingga keadaan koin saat ini adalah penampang yang diberikan dan keadaan lainnya akan musnah.

Salah satu perusahaan komputer terkemuka di dunia, IBM telah membangun komputer kuantumnya bernama Quantum System One pada tahun 2019. Pada tahun 2021, perangkat ini telah diperkenalkan di Jepang. Namun, perangkat ini memiliki ukuran yang sangat besar hingga memiliki tinggi yang hampir sama seperti tinggi manusia pada umumnya, apabila dibandingkan dengan teknologi prosesor yang sudah ada. Walaupun demikian, karena teknologi ini cukup baru, mungkin kita bisa berharap akan perkembangan teknologi ini. Mungkin saja beberapa tahun ke depan akan tersedia chip yang menggunakan prinsip komputasi kuantum, sehingga perkembangan teknologi dapat melesat lebih drastis.

Berita buruknya, komputer kuantum tampaknya masih menghadapi beberapa tantangan. Tantangan paling utama dari komputer ini adalah kestabilan komputer ini dalam mengolah data, karena adanya sedikit gangguan dari sistem dapat menghasilkan nilai perhitungan yang kurang tepat. Selain itu, sistem harus berada dalam suhu yang sangat dingin hingga mendekati nilai absolut agar efek kuantumnya dapat terjaga. Dengan kata lain, komputer kuantum ini merupakan teknologi yang masih cukup baru, dan masih dapat dikembangkan lebih lanjut.

Berita Baik dan Buruk tentang Hukum Moore

Berakhirnya hukum Moore bisa menjadi bencana apabila tidak ada teknologi yang mampu menyelesaikan masalah limitasi ukuran transistor yang bisa dibangun. Ada beberapa dampak yang mungkin kita alami jika itu terjadi, seperti:

Tidak ada lagi keluaran prosesor terbaru yang memiliki spesifikasi lebih canggih.
Performa CPU gadget yang baru akan relatif sama dengan yang sebelumnya.
Perusahaan prosesor akan lebih dituntut untuk melakukan riset tentang metode komputasi lain sebelum merilis teknologi terbaru.

Dan masih banyak lagi. Oleh karena itu, perusahaan-perusahaan tersebut memang harus sudah memulai riset tentang komputer kuantum sejak awal, seperti yang dilakukan IBM. Terlebih lagi, teknologi komputer kuantum yang sudah dibangun masih rentan terhadap kesalahan kalkulasi, serta kebutuhannya akan suhu rendah. Andrew Dzurak, seorang professor nanoelektronik dari University of New South Wales dilansir dari futurism.com, mengatakan bahwa komputer kuantum dapat diterapkan mulai sekitar dua puluh tahun ke depan, atau sekitar tahun 2040.

Namun, berita baiknya adalah kita belum akan mengalami kematian hukum Moore secara total. Prosesor komersil terbaru dari Intel masih berkutat di ukuran transistor 14 nm, dan masih berjuang untuk menurunkannya hingga 10 nm. Situs pcmag.com mengabarkan bahwa pada tahun 2023 Intel diprediksi akan merilis prosesor 7 nm.

Hukum Moore belum seluruhnya mati, hanya saja perkembangan teknologi prosesor sudah mulai melambat karena sulitnya mengecilkan ukuran transistor hingga kurang dari 10 nm. Oleh karena itu, kita masih bisa melihat keluaran-keluaran teknologi terbaru yang semakin canggih untuk beberapa tahun kedepan.

Sumber :