전자공학의 역사

History of electronic engineering

이 글은 전자공학의 역사를 상세히 기술하고 있다. 챔버스 20세기 사전(1972)은 전자제품을 "진공, 가스 또는 반도체에서 전기를 전도하는 과학과 기술"이라고 정의하고, 이를 기반으로 한 장치들을 말한다.[1]

직업으로서의 전자공학은 19세기 후반의 전신 산업과 20세기 초의 라디오와 전화 산업의 기술 향상에서 비롯되었다. 사람들은 그것이 영감을 준 기술적 매력에 이끌려 처음에는 수신에서 그리고 다음에는 송신에서 라디오에 끌렸다.[2] 1920년대에 방송에 진출한 많은 사람들은 제1차 세계대전 이전 시기에 "아마추어"가 되었다.[3] 전자공학의 현대적 규율은 전화, 라디오, 텔레비전 장비 개발과 2차 세계 대전 동안 레이더, 음파 탐지, 통신 시스템, 첨단 군수품 및 무기 시스템 등의 많은 전자 시스템 개발에서 비롯되었다. 전후 몇 년 동안, 그 과목은 라디오 공학으로 알려져 있었다. 전자공학이라는 단어는 1940년대에[4] 사용되기 시작했다. 1950년대 후반에 전자공학이라는 용어가 생겨나기 시작했다.

예를 들어, 전자 실험실(Bell Labs)은 라디오, 텔레비전, 전화 장비 산업에서 대기업을 설립하고 보조금을 지원하면서 일련의 전자적 발전을 이루어내기 시작했다. 전자산업은 1948년 최초의 트랜지스터, 1959년 집적회로칩,[5][6] 1959년 실리콘 MOSFET(금속-산화-반도체 전계효과 트랜지스터)의 발명으로 혁명이 일어났다.[7][8] 영국에서는 1960년경 전자공학과가 대학 학위과목으로 전기공학과와 구별되게 되었다.(이전에는 전자공학과와 무선통신과 같은 관련과목의 학생들이 대학 전기공학과에 등록해야 했다.로닉스. 전기공학은 전자공학이 연계될 수 있는 가장 가까운 과목이었지만(수학과 전자기학 제외) 해당 과목의 유사성은 3년 과정의 첫 1년 동안만 지속되었다.)

전자공학은 무선 전신, 라디오, 텔레비전, 레이더, 컴퓨터 및 마이크로프로세서를 포함한 많은 기술의 개발을 촉진했다.

무선 전신 및 라디오

주요 기사: 라디오의 역사

무선전신을 가능하게 하는 몇몇 장치들은 1900년 이전에 발명되었다. 여기에는 초기 데모를 하고 데이비드 에드워드 휴스(1880)[9]와 하인리히 루돌프 헤르츠(18871890)[10]의 연구결과가 발표된 스파크 갭 송신기와 공동저자르와 에두아르 브란리, 니콜라 테슬라, 올리버 로지, 자가디쉬 찬드라 보세, 페르디난드 브라운의 추가작가가 포함된다. 1896년, Guglielmo Marconi는 최초의 실용적이고 널리 사용되는 전파 기반 통신 시스템을 개발하기 시작했다.[11][12]

밀리메트르 파동 통신은 1894–1896년 자가디쉬 찬드라 보스가 처음 조사했는데, 이때 그는 실험에서 최대 60 GHz의 극히 높은 주파수에 도달했다.[13] 그는 또한 1901년 전파를 탐지하기 위해 반도체 결합물을 사용했다고 소개했는데,[14] 이때 그는 전파를 탐지하는 데 특허를 얻었다.[15][16]

1904년, 유니버시티 칼리지 런던의 전기공학부 초대 교수인 존 암브로즈 플레밍은 최초의 라디오 튜브인 다이오드를 발명했다. 그 후 1906년 로버트 폰 리벤과 리 드 포리스트가 독립적으로 앰프 튜브를 개발하여 삼극이라고 불렀다. 전자공학은 흔히 삼극의 발명으로 시작되었다고 여겨진다. 10년 이내에 이 장치는 장거리 전화 통화를 위한 시스템뿐만 아니라 무선 송신기와 수신기에 사용되었다.

3극 증폭기, 발전기, 검출기의 발명은 라디오에 의한 오디오 통신을 실용화했다. (Reginald Fessenden의 1906년 변속기는 전자 기계식 교류 발전기를 사용했다.) 1912년에 에드윈 H. 암스트롱은 재생 피드백 증폭기와 오실레이터를 발명했다; 그는 또한 슈퍼히터오디네 라디오 수신기를 발명했고 현대 라디오의 아버지로 여겨질 수 있었다.[17]

최초의 알려진 라디오 뉴스 프로그램은 1920년 8월 31일 미시간주 디트로이트에 있는 WWJ(AM)의 무면허 전신인 8MK 방송국에 의해 방송되었다. 오락용 정기 무선 방송은 1922년 영국 첼름스포드 인근 위틀에 있는 마르코니 연구 센터에서 시작되었다. 이 방송국은 2MT로 알려졌으며, 런던 스트랜드에서 2LO로 방송되었다.

일부 초기 라디오들은 전류나 배터리를 통해 어떤 종류의 증폭을 사용했지만, 1920년대 중반까지 가장 일반적인 유형의 수신기는 크리스털 세트였다. 1920년대에 진공관을 증폭시키는 것은 라디오 수신기와 송신기 모두에 혁명을 일으켰다.

진공관은 벨 연구소의 윌리엄 쇼클리 연구원이 1947년에 트랜지스터를 발명하기 전까지 40년 동안 선호되는 증폭 장치로 남아 있었다. 다음 해에 트랜지스터는 소형 휴대용 라디오, 즉 트랜지스터 라디오를 더 강력한 메인프레임 컴퓨터의 제작을 가능하게 했다. 트랜지스터는 작동하기 위해 진공관보다 작고 낮은 전압을 필요로 했다.

1959년 집적회로가 발명되기 전, 전자회로는 손으로 조작할 수 있는 이산형 부품으로 구성되었다. 이러한 비통합 회로는 많은 공간과 전력을 소비하고, 고장이 발생하기 쉬우며, 비록 단순한 용도에서 여전히 일반적이지만 속도가 제한되었다. 이와는 대조적으로, 집적 회로는 주로 트랜지스터와 같은 많은 수의 작은 전기 부품들을 동전 크기의 작은 칩에 넣었다.[18]

텔레비전

주요 기사: 텔레비전의 역사

1927년 필로 판스워스는 순수 전자 텔레비전의 첫 공개 데모를 했다.[19] 1930년대 동안 몇몇 나라들이 방송을 시작했고, 제2차 세계 대전 후에 그것은 결국 전세계적으로 수백만 명의 수신자들에게 퍼졌다. 그 이후로, 전자제품은 텔레비전 장치에 완전히 존재해왔다.

현대의 텔레비전과 비디오 디스플레이는 부피가 큰 전자 튜브 기술에서 플라즈마나 액정 디스플레이와 같은 더 작은 장치를 사용하기 위해 진화했다. 유기발광다이오드(OLED) 디스플레이 등 전력 소자가 더 낮아지는 추세여서 LCD와 플라스마 기술을 대체할 가능성이 가장 높다.[20]

레이더 및 무선 위치

주요 기사: 레이더의 역사

제2차 세계 대전 동안 적의 표적과 항공기의 전자적 위치에 많은 노력이 소모되었다. 여기에는 폭격기의 무선 빔 안내, 전자 대응 조치, 초기 레이더 시스템 등이 포함되었다. 이 기간 동안 가전제품 개발에 어떠한 노력도 기울이지 않았다.[21]

트랜지스터 및 집적 회로

참고 항목: 트랜지스터의 역사, 집적 회로의 발명 및 MOSFET
존 바딘, 윌리엄 쇼클리, 월터 브래튼이 최초로 작동하는 트랜지스터를 발명했다(1947년).

최초의 작동 트랜지스터는 존 바딘과 월터 하우저 브라텐이 1947년 벨 전화 연구소(BTL)에서 발명한 포인트 콘택트 트랜지스터다.[22] 윌리엄 쇼클리는 1948년 BTL에서 양극성 접합 트랜지스터를 발명했다.[23] 초기 접합 트랜지스터는 양산 기준으로 제작이 어려운 비교적 부피가 큰 기기였지만,[24] 보다 소형화된 기기의 문을 열었다.[25]

모하메드 M. 아탈라는 규실론수르페이스 패시브 공정(1957)을 개발했고, MOSFET 트랜지스터(1959)를 발명했다.
Robert Noyce는 단일 집적회로 칩을 발명했다(1959년).

열 산화를 통해 실리콘 표면을 전기적으로 안정화시킨 표면 패시브 공정은 모하메드 M이 개발했다. 1957년 BTL에서 아탈라. 이것은 단일 집적회로 칩의 개발로 이어졌다.[26][27][28] 최초의 집적회로는 1958년 텍사스 인스트루먼트사의 잭 킬비가 발명한 하이브리드 집적회로와 1959년 페어차일드 반도체에서 로버트 노이스가 발명한 일체형 집적회로 칩이다.[29]

Dawon Kahng가 MOSFET 트랜지스터를 공동 발명(1959년)

MOSFET(금속산화반도체 전계효과 트랜지스터, 또는 MOS 트랜지스터)는 1959년 BTL에서 모하메드 아탈라(Mohamed Atalla)[30][31][32]와 다원 Kahng이 발명했다. 그것은 다양한 용도로 소형화되고 대량 생산될 수 있는 최초의 진정한 소형 트랜지스터였다.[24] 그것은 전자 산업에 혁명을 일으켜 세계에서 가장 널리 사용되는 전자 소자가 되었다.[7][8][31][33][34] MOSFET는 대부분의 현대 전자 장비의 기본 요소로서 전자 혁명,[37] 마이크로 전자 혁명,[38] 디지털 혁명의 중심이었다.[35][36][32][39][40] 따라서 MOSFET는 현대 전자제품의 탄생으로 인정받았으며 [41][42]전자제품에서 가장 중요한 발명품일 수 있다.[43]

MOSFET는 고밀도 집적회로 칩을 제작할 수 있게 했다.[31] 아탈라는 1960년에 처음으로 MOS 집적회로(MOS IC) 칩의 개념을 제안했고, 1961년에 Kahng이 그 뒤를 이었다.[24][44] 가장 초기 실험적인 MOS IC 칩은 프레드 하이먼과 스티븐 호프스타인이 1962년 RCA 연구소에서 만들었다.[45] MOS 기술은 1965년 고든 무어가 예측한 IC칩의 트랜지스터를 2년마다 두 배로 늘린 무어의 법칙을 가능하게 했다.[46] 실리콘게이트 MOS 기술은 1968년 페어차일드(Fairchild)에서 페데리코 파긴(Federico Faggin)에 의해 개발되었다.[47] 이후 실리콘 MOSFET와 MOS 집적회로 칩의 양산은 기하급수적인 속도로(무어의 법칙에서 예측한 바와 같이) MOSFET 스케일링 소형화와 함께 기술, 경제, 문화, 사고 등에서 혁명적인 변화를 가져왔다.[48]

컴퓨터

주요 기사: 컴퓨팅의 역사와 컴퓨팅 하드웨어의 역사

컴퓨터는 입력을 받고, 데이터를 저장하고 조작하며, 출력을 유용한 형식으로 제공하는 프로그램 가능한 기계다.

비록 컴퓨터의 기계적인 예가 기록적인 인류 역사를 통해 존재해왔지만, 최초의 전자 컴퓨터는 20세기 중반(1940–1945년)에 개발되었다. 이것들은 수백 대의 현대식 개인용 컴퓨터(PC)만큼의 전력을 소비하는 큰 방의 크기였다. 집적회로를 기반으로 한 현대식 컴퓨터는 초기 기계보다 수백만배에서 수십억배 더 성능이 뛰어나며 공간의 일부분을 차지하고 있다. 간단한 컴퓨터는 작은 포켓 장치에 들어갈 수 있을 만큼 충분히 작고, 작은 배터리로도 전원이 공급될 수 있다. 다양한 형태의 개인용 컴퓨터는 정보 시대의 아이콘이며 대부분의 사람들이 "컴퓨터"라고 생각하는 것이다. 그러나 MP3 플레이어에서 전투기, 장난감에서 산업용 로봇에 이르기까지 많은 장치에서 발견되는 임베디드 컴퓨터가 가장 많다.

프로그램이라 불리는 명령 목록을 저장하고 실행하는 능력은 컴퓨터를 계산기와 구별하여 극도로 다용도로 만든다. Church-Turing 논문은 이러한 다재다능성의 수학적 설명으로, 어떤 최소한의 기능을 가진 컴퓨터는 원칙적으로 다른 컴퓨터가 수행할 수 있는 것과 동일한 작업을 수행할 수 있다. 그러므로 넷북에서 슈퍼컴퓨터에 이르는 컴퓨터들은 모두 충분한 시간과 저장 용량을 주어진 동일한 계산 작업을 수행할 수 있다.

마이크로프로세서

주요 기사: 마이크로프로세서 연대기 및 MOS 집적 회로

마이크로프로세서의 기원은 MOS 트랜지스터라고도 알려진 MOSFET(금속-산화-반도체 전계효과 트랜지스터)의 발명으로 거슬러 올라갈 수 있다.[49] 그것은 모하메드 M에 의해 발명되었다. 1959년 벨 연구소에서 아탈라와 다원 카엥이 처음 시범을 보였으며, 1960년에 처음 시범을 보였다.[30] 같은 해 아탈라는 MOSFETs로 조립된 집적회로 칩인 MOS 집적회로 개념을 제안했다.[24] 1964년까지 MOS 칩은 양극성 칩보다 트랜지스터 밀도가 높고 제조 비용이 낮았다. MOS 칩은 무어의 법칙에 의해 예측된 속도로 복잡성이 더욱 증가하여 1960년대 후반까지 하나의 MOS 칩에 수백 개의 트랜지스터를 탑재한 대규모 통합(LSI)으로 이어졌다. 엔지니어들이 완전한 컴퓨터 프로세서가 단일 MOS LSI 칩에 포함될 수 있다는 것을 인식하기 시작했기 때문에 MOS LSI 칩의 컴퓨팅 적용은 최초의 마이크로프로세서의 기초가 되었다.[49]

최초의 멀티칩 마이크로프로세서인 1969년 4상 시스템 AL1과 1970년 개럿 아이리서치 MP944는 다중 MOS LSI 칩으로 개발되었다. 최초의 단일 칩 마이크로프로세서는 1971년 단일 MOS LSI 칩으로 출시된 인텔 4004였다.[50] 단일 칩 마이크로프로세서는 Marcian Hoff에 의해 1969년에 고안되었다. 그의 개념은 일본 기업 부시콤이 데스크탑 프로그램 가능 전자계산기를 주문하는 일부였는데, 호프는 가능한 한 싸게 만들고 싶었다. 단일 칩 마이크로프로세서의 첫 번째 실현은 1971년 단일 MOS LSI 칩으로 출시된 4비트 프로세서인 인텔 4004였다. 페데리코 파긴(Federico Faggin)이 인텔 엔지니어 호프, 스탠 마조르(Stan Mazor)와 함께 실리콘 게이트 MOS 기술을 이용해 개발했고, 부시콤 엔지니어 시마 마사토시(Susicom)가 시마(Sima)[50]와 함께 개발했다. 이것은 개인용 컴퓨터의 발전에 불을 붙였다. 1973년, 8비트 프로세서인 인텔 8080은 최초의 개인용 컴퓨터인 MITS Altair 8800의 구축을 가능하게 했다. 1975년 1월호 피플 일렉트로닉스의 표지에 최초의 PC가 일반에 발표되었다.

오늘날 많은 전자 공학자들은 임베디드 시스템이라고 알려진 마이크로프로세서 기반의 전자 시스템을 위한 프로그램 개발을 전문으로 한다. 컴퓨터 엔지니어링과 같은 하이브리드 전문화는 이러한 시스템 작업에 필요한 하드웨어에 대한 상세한 지식 때문에 생겨났다.[51] 소프트웨어 엔지니어들은 일반적으로 컴퓨터 및 전자공학 엔지니어들과 같은 수준으로 마이크로프로세서를 연구하지 않는다. 임베디드 시스템이나 마이크로프로세서를 프로그래밍하는 역할을 독점적으로 수행하는 엔지니어를 "임베디드 시스템 엔지니어" 또는 "펌웨어 엔지니어"라고 부른다.

참고 항목

참조

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