इलेक्ट्रॉनिक्स: माहिती क्रांतीचा पाया

समाज प्रबोधन पत्रिका, एप्रिल-जून २००६ च्या अंकात माझा "इलेक्ट्रॉनिक्स: माहिती क्रांतीचा पाया" हा लेख प्रकाशित झाला आहे. त्याचा हा पहिला भाग:
---

एकोणिसाव्या शतकाच्या उत्तरार्धात एडिसनने लावलेला वीजेच्या दिव्याचा शोध ही एकूणच इलेक्ट्रॉनिक्सच्या इतिहासातली एक महत्त्वाची घटना म्हणावी लागेल. या शोधाशी निगडीत अजून एक गोष्ट एडिसनच्या लक्षात आली होती; ती म्हणजे धातूची चकती उष्णतेच्या प्रभावाखाली इलेक्ट्रॉन्सचे उत्सर्जन निर्माण करते. त्या काळात (एडिसनच्या दुर्दैवाने!) इलेक्ट्रॉन्सचा पुरेसा अभ्यास झालेला नसल्यामुळे इलेक्ट्रॉन्स म्हणजे नक्की काय हे एक रहस्यच होते. त्यामुळे एडिसनचा हा शोध फारसा प्रकाशात आला नाही. परंतु याच शोधाच्या पोटात पुढची क्रांती लपलेली होती असे म्हटल्यास चुकीचे ठरणार नाही.

विसाव्या शतकाच्या सुरुवातीला मार्कोनी या कंपनीने एडिसनचे निरीक्षण ख~या अर्थाने उपयोगात आणले; आणि पहिल्या व्हॅक्युम ट्यूबचा जन्म झाला (१९०४). व्हॅक्यूम ट्यूबचे तत्त्व अगदी सोपे आहे. धातूची एक चकती गरम केली असता ती भोवताली इलेक्ट्रॉन्स उत्सर्जित करते. धातूची दुसरी चकती धन विद्युतप्रभारीत असल्यास ती इलेक्ट्रॉन्स आकर्षित करते. यामुळे वीजेचा प्रवाह तयार होतो. जर दुसरी चकती ॠणप्रभारीत असेल तर ती इलेक्ट्रॉन्सना आकर्षित करू शकत नाही, आणि वीजेचा प्रवाह खंडीत होतो.

या शोधानंतरव्हॅक्यूम ट्यूबचे अनेक प्रकार अस्तित्त्वात आले. निरनिराळ्या उपयोगांसाठी त्यात सुधारणा करण्यात आल्या. रेडिओ, टी. व्ही., अतिशय प्राथमिक स्वरूपातला संगणक अशा विविध उपकरणांत व्हॅक्यूम ट्यूब्सचा उपयोग करण्यात आला. व्हॅक्यूम ट्यूबचे एक वैशिष्टय म्हणजे किरणोत्सर्गापासून त्याच्या कार्यप्रणालीस कोणताही अपाय होत नाही.त्यामुळे लष्करी उत्पादनांमध्ये त्याचा वापर करण्यावर खूप भर दिला गेला. पुढे सेमीकंडक्टरच्या शोधानंतर व्हॅक्यूम ट्यूब्सचा वापर खूप कमी झाला. मात्र अजूनही रेडिओ प्रसारण केंद्रांमध्ये त्यांचा उपयोग केला जातो. विसाव्या शतकाच्या सुरूवातीपासून ते मध्यापर्यंत पन्नास वर्षांत व्हॅक्यूम ट्यूब्सचे तंत्रज्ञान प्रगत होत गेले. त्यांचा वापर वाढत गेला. १९४७ साली सेमीकंडक्टर (सिलिकॉन, जर्मेनियम ही मूलद्रव्ये सेमीकंडक्टर होत. याचा अर्थ ही मूलद्रव्ये वीजेची पूर्णतः वाहकही नसतात आणि पूर्णतः रोधकही नसतात.) वापरून शॉकले, बार्डिन आणि ब्रेटेन या तीन शास्त्रज्ञांनी लावलेला ट्रान्झिस्टरचा शोध हा आधुनिक विज्ञानाच्या इतिहासातला एक अत्यंत महत्त्वाचा शोध मानला जातो. हा शोध वाफेचे इंजिन आणि छपाईचे यंत्र यांच्या इतकाच महत्त्वाचा ठरला. जसा औद्योगिक क्रांतीचत्ता पाया वाफेच्या इंजिनाच्या शोधामुळे रचला, अगदी तेवढाच प्रभाव ट्रान्झिस्टरच्या शोधाने गेल्या शतकाच्या उत्तरार्धात जगाच्या इतिहासावर पाडलेला आहे यात शंका नाही. सेमीकंडक्टर ट्रान्झिस्टरचा महत्त्वाचा गुण म्हणजे त्याचा लहान आकार, उष्णता निर्माण करण्यासाठी लागणा~या वेगळ्या फिलॅमेंटचा अभाव, स्वस्त कच्चा माल - अर्थात वाळू - आणि त्याच्या इलेक्ट्रीकल गुणधर्मांवर अचूक नियंत्रण करण्याची क्षमता. या सगळ्या गुणधर्मांमुळे सेमीकंडक्टरचा वापर वाढायला लागला. पूर्वी एखाद्या कपाटाइतक्या आकाराचा असणारा रेडिओ लहान, वजनाला आणि खिशालाही हलका झाला. हातात घेऊन फिरता येण्याइतके हे ट्रा्न्झिस्टर रेडिओ लहान झाले.

व्हॅक्यूम ट्यूबची जागा घेण्या~या या ट्रान्झिस्टरचे युग जवळजवळ दहा-बारा वर्षांत भरभराटीस आले. १९५९ साली टेक्सास इंस्ट्रुमेंट्स या सेमीकंडक्टर बनवणा~या कंपनीने पहिल्या इंटिग्रेटेड सर्किटचा शोध जाहीर केला. जॅक किल्बी या संशाधकाला त्याच्या य अत्यंत महत्त्वाच्य शोधासाठी २००० साली नोबेल पारितोषिकाने गौरविण्यात आले. या शोधामुळे एका चकतीवर एकापेक्षा अनेक ट्रान्झिस्टर तयार करता येऊ लागले. मोठी जागा व्यापणारी आणि अनेक ट्रान्झिस्टरमुळे महागडी ठरणारी सर्किट्स अतिशय कमी जागेत आणि स्वस्त किमतीत बनवता येऊ लागली. या शोधामुळे अनेक नवी क्षेत्रे संशोधनासाठी खुली झाली. संगणकाच्या विकासासाठी तर हे तंत्रज्ञान सर्वांत महत्त्वाचे ठरले. मोठ्या खोलीत जागा अडवणारे आणि प्रचंड वीज लागणारे असे संगणकाचे स्वरूप बदलून टेबलावर ठेवता येईल असा संगणक बनवण्याचे तंत्रज्ञान विकसित होण्यास तिथपासून सुरुवात झाली.

जॅक किल्बीने बनवलेल्या पहिल्या इंटिग्रेटेड सर्किटमध्ये एक ट्रान्झिस्टर आणि इतर काही भाग होते. आजच्या इंटिग्रेटेड सर्किटशी त्याची तुलना केली तर या संख्येमध्ये कोट्यवधी पटींनी वाढ झाली आहे. परंतु अर्थातच पहिल्या इंटिग्रेटेड सर्किटच्या शोधाचे महत्त्व कदापि कमी होणार नाही. इंटिग्रेटेड सर्किटच्या मोठ्या प्रमाणातील उत्पादनात काही अडथळे होते -- कच्चा माल अर्थात वाळूचे शुध्दीकरण, बनलेल्या सर्किटसची गुणवत्ता आदि. मागणीची गरज लक्षात घेऊन हे सर्व अडथळे दूर करण्यासाठी पावले उचलली गेली. या शोधामुळे अनेक नवी क्षेत्रे निर्माण झाली. काही जुन्या शोधांना प्रचलनात आणणे शक्य झाले. जास्त किंमत आणि उत्पादनतंत्रातील गुंतागुंत यामुळे अनेक शोध त्यापूर्वी कागदावरच धूळ खात पडले होते. या तंत्रज्ञानामुळे त्यांना आता प्रत्यक्षात आणता आले.

इंटिग्रेटेड सर्किटच्या तंत्रज्ञानामध्ये अशी प्रगती होत असताना अनेक नवीन कंपन्या या क्षेत्रात अस्तित्त्वात आल्या. त्यामुळे इलेक्ट्रॉनिक्सच्या प्रगतीचा वेग राखणे शक्य झाले. १९६५ साली इंटेल या मायक्रोप्रोसेसर कंपनीचा संस्थापक गॉर्डन मूर यांनी आपला सुप्रसिध्द 'मूरचा नियम' प्रकाशित केला. काही वर्षांतील इंटिग्रेटेड सर्किट तंत्रज्ञानाच्या प्रगतीचा तो एक प्रकारे आढावाच होता, आणि भविष्यात अत्यंत अचूक ठरलेला अंदाजही. मूरचा नियम असे सांगतो की दर अठरा महिन्यांनी एका चिपवर तयार करता येणा~या ट्रान्झिस्टरची संख्या दुप्पट होईल. गेली अनेक वर्षे हा नियम खरा ठरत आलेला आहे. अलिकडे हा वेग काहिसा मंदावलेला असला तरी (म्हणजे ट्रान्झिस्टरची संख्या दुप्पट होण्याचा काळ दोन वर्षं झाला आहे) पुढील ५-६ वर्षे तरी हा नियम पाळला जाईलच असा अंदाज आहे. इंटिग्रेटेड सर्किट्सच्या तांत्रिक प्रगतीस हा नियम हे एक आव्हान ठरत आलेला आहे, आणि चांगली गोष्ट अशी की हे तंत्रज्ञान या कसोटीस उतरलेले आहे. पहिल्या इंटिग्रेटेड सर्किटच्या शोधानंतर आज ४७ वर्षांत या तंत्रज्ञानात अफाट प्रगती झाली आहे. सूक्ष्म होत गेलेल्या या तंत्रज्ञानाने अनेक आर्थिक-सामाजिक क्षेत्रांमध्ये अमूलाग्र बदल घडवून आणले आहेत, त्यांचा आढावा घेऊ.

(क्रमश:)