Drömmen om glasdatorn - Forskare vill bygga in datorn i skärmen (Januari 1992)

(Jag skrev den här artikeln vintern 1991-92 för facktidningen Datateknik.)

Tänk dig en fullkomligt platt PC, bara några millimeter tjock! En dator där hela systemet ryms i bildskärmen: mikroprocessorer, minne och nätaggregat. Omöjligt? Nej, vi är snart där, om vi får tro dr. Michael Ettenberg på Sarnoff Center, ett av USAs främsta privata forskningsinstitut.

Michael Ettenberg, vid Sarnoff Research Center i Princeton, NJ.
Foto: Hans Sandberg

Ettenberg är övertygad om, att det det går att tillverka helt platta datorer, som dessutom kommer att vara extremt billiga. Han är chef för Sarnoffs forskning om integrerade kretsar, halvledare och optoelektronik.

Datorerna blir redan plattare för var dag som går. Dataföretagen har till sin hjälp allt mer integrerade mikrochips, allt mindre hårddiskar, effektivare och lättare batterier, samt bättre LCD-skärmar. För Ettenberg är "glasdatorn," om vi i brist på bättre ord får kalla den så, en naturlig utväxt på dagens trender inom bildskärmstekniken.

Denna har hittills varit den svagaste länken i byggandet av lätta portföljdatorer och "notebooks." Vad hjälper en kraftig processor, om man inte utan ansträngning kan läsa vad som står på skärmen?

Här sker dock en snabb utveckling, ffa i Japan där man bemästrat tekniken för massproduktion av vätskekristallskärmar (LCD) med aktiva matriser (AM-LCD). De "gamla" LCD-skärmarna använde sig av två rader transistorer, en vågrät och en lodrät, för att sända ut elektriska pulser, vilka när de möttes slog på eller av en bildpunkt (en pixel) på skärmen. Aktiv-matris-skärmar har istället en transistor vid varje pixel. Det går åt runt en miljon transistorer för en färg-VGA-skärm. 

-Den stora förändringen, säger Ettenberg, är att man tar alla dessa drivkretsar och placerar ut dem på glaset, vid varje pixel. De blir dessutom allt mer sofistikerade.

En monokrom AM-LCD-skärm har en transistor per pixel, en färgskärm har tre, en för varje grundfärg.

Datorkretsar görs vanligen av kisel -- silicon. Övergången till AM-LCD-skärmar innebär att man ersätter ämnet kisel med glas. 

-När vi nu börjar fästa integrerade kretsar på glas, kan vi fråga oss varför vi överhuvudtaget har kopplingen till (separata) kiselkretsar, säger han. Om jag ändå måste ta fram IC-masker för LCD-skärmen, varför inte även göra en sådan mask för mikroprocessorn och minnet?

Dessa masker är detaljerade scheman, eller kartor, som linjerar upp hur kretsarna är integrerade på ett chips. Tillverkningen av kretsar sker genom att maskerna stegvis krymps i en fotolitografisk process, för att slutligen etsas in på ett kiselunderlag. Det säger sig självt, att det är synnerligen svårt att skapa en karta/mask, som på ett effektivt sätt vägleder elektronernas färd bland miljoner transistorer. Ju fler transistorer man kan klämma in per kvadratmillimeter, desto kraftfullare datorer kan man bygga (tack vare mer logik, mer minne och kortare färdsträcka elektronströmmen). Dagens mest avancerade integrerade kretsar har ett par tre miljoner transistorer på en yta mindre än en tumnagel.

Varje krets måste dock kommunicera med omvärlden, dvs med andra kretsar och ytterst med oss människor via bildskärmen (än så länge!). Datorns interna kommunikation mellan kretsarna och mellan kretsarna och andra delar i systemet går via kopparledningar, som sett ur ett elektroniskt perspektiv, är förfärande många och långa. Varje gång man kan eliminera koppartråd, genom att flytta över funktioner till centralprocessorn (CPU), vinner datorn i snabbhet, förutsatt att kretsen inte försinkas av sina nya uppgifter.

Om vi öppnar en portföljdators lock, där skärmen sitter, finner vi ett antal breda band, som rymmer hundratals tunna kopparledningar. Det är transportvägar för kommunikationen mellan skärmen och datorns CPU och grafikprocessorer.

-När vi placerar transistorerna direkt på glaset kan vi ta bort alla dessa koppartrådar. Därmed ökar vi även tillförlitligheten i förbindelserna, säger han.

Ettenberg säger att tekniken för att placera integrerade kretsar på glas idag befinner sig ungefär där kiseltekniken befann sig i mitten på 70-talet.

-Kom ihåg att utvecklingen mot mindre och mindre storlek (på "glaskretsarna") kan komma att gå snabbare, eftersom det är en teknik som kommit senare.

-Ingen har hittills placerat en mikroprocessor på glas och ingen har placerat minneskretsar på glas, men vi vet att det går, eftersom vi kan placera transistorer på glas, säger han.

-De skulle med dagens 5-mikron-teknik (dvs avståndet mellan två linjer på ett chips är 5/1000 mm, mot typiskt 1/1000 mm för kiselkretsar) bli ungefär fem gånger större än med kisel.

-Du skulle ändå t ex kunna placera en megabyte minne på glaset, t ex en "frame buffer" (en tillfällig "parkeringsplats" för de data som datorn behöver för att skapa bildskärmens text & bild). För närvarande arbetar mikroprocessorn hela tiden på att uppdatera bilden. Med en sådan "buffer" skulle den avlastas det bekymret.

-Bildskärmen skulle bli en enda stor integrerad krets, en IC i "notebook"-format, säger Ettenberg.

-Det är klart att en sådan mikroprocessor inte kommer att vara av samma kvalitet, i fråga om feature-size (dvs graden av förminskning av ett chips beståndsdelar) och hastighet, som en kiselkrets. Den kommer emellertid att bli mycket billigare, för nu kan vi tillverka systemet samtidigt med LCD-skärmen. På kort sikt tror jag att detta kan vara ett alternativ för lågprisdatorer, t ex för speldatorer.

-Du skulle kunna tillverka "notebook"-datorer, som kostade ett par hundra dollar, eller kanske t o m under hundralappen.

-Den låga kostnaden skulle öppna för fundamentala förändringar i det sätt på vilket vi använder datorer. Det skulle förändra vår värld. Vi skulle kunna ha intelligenta bildskärmar överallt, på kylskåpet som talar om vad du har i det, på garderobsdörren osv.

-Vi skulle kunna ha telefoner i form av små tunna glasplattor. Du kan ha datorer överallt, precis som de mycket enkla mikroprocessorer du nu har i din tvättmaskin. Men vi är inte där än. För även om det bör gå att stoppa in ett helt datorsystem i en glasskiva, återstår det bevisa detta och omsätta denna idé i massproduktion.

-Du måste kunna tillverka stora glasskivor, som är helt fria från defekter, säger Ettenberg.

Detta rör sig om en mycket dyr teknologi, vilket gör det svårt att tro sig att vi kommer att få se något ungt "garageföretag" ta fram de första helt platta datorerna.

-Det är för dyrt, säger han. Vi kan idag tillverka aktiv-matris-skärmar som är 6 gånger 8 tum i storlek, men för massproduktion behöver vi en fabrik, som kostar en halv miljard dollar. Det klarar vi inte utan en nationell satsning.

David Sarnoff Research Center har ett stort kunnande på detta område, eftersom man är djupt engagerat i bildskärmsforskning. Man driver t ex ett digitalt högskärpeprojekt (HDTV), för bl a franska Thomson. Man arbetar också tillsammans med Sun Microsystemes på en arbetsstation för multimedia, som innefattar mycket avancerade bildskärmar. Detta projekt finansieras av Pentagons forskningsgren, Darpa.

-Det finns fler som jobbar med detta i Japan, men den ledande teknologin finns här i USA, säger Ettenberg.

Trots det är chansen stor, att de första billiga glasdatorer kommer att komma från Japan.

-Det handlar om finansiering, säger han. Det finns idag ingen stor tillverkare av LCD-skärmar i USA och vi har ingen stor satsning på att driva forskningen framåt på detta område.

Bush-regeringen var kallsinnig till federala satsningar på strategiska nyckeltekniker, som inte var exklusivt militära. Bill Clinton och hans vicepresident Al Gore Jr., har inga sådana restriktioner, men deras förmåga att pumpa in pengar i avancerad bildskärmsteknik är begränsade pga budgetunderskottet.

Möjligen skulle storföretag som AT&T/NCR och IBM kunna investera i uppbygget av know-how och produktionsanläggningar. Fast frågan är om det inte redan är för sent. För närvarande pågår inga sådana projektka Toshiba om bildskärmsutveckling skulle kunna tolkas i den riktningen.