真空管與集成電路

前兩篇文章，談到了機械計算，以至架構上如何建造一台機械計算機。但用甚麼造出來呢？今天的文章，會簡單談一下這個技術，大家也會知道報導上經常談到的，例如Apple的A17 Pro 3納米(3nm)制程是甚麼。

一切從 0 與 1 開始
機械計算的基礎為 0 與 1，所以我們要進行計算，就需要一個元件可以按需要表示為兩個不同的狀態來代表 0 與 1。在早期計算機發展時，這個元件就是真空管了。

真空管是所有的起點
真空管內部有一個加熱的陽極和一個冷卻的陰極，當陽極加熱時，電子會從陰極釋放出來，形成電子流。通過控制陽極和陰極之間的電壓，可以控制電子流的開關狀態，進而實現 0 與 1 的表示。然而，真空管體積大、耗電量高且易損壞，限制了計算機的發展。大家見過的一間房那麼大的計算機，就是以真空管來建的。

半導體與集成電路
半導體是一種特殊的材料，具有在電流流動時能夠調節其電阻和導電性的性質。這種特性使得半導體可以用來表示 0 與 1，成為現代計算機中的關鍵元件。隨著半導體技術的發展，集成電路（Integrated Circuit，IC）應運而生，開啟了計算機科技的新篇章。集成電路是將大量的電子元件，如電晶體、電容器和電阻器等，通過微縮技術集成在一個小小的晶片上。這樣的設計不僅節省了空間，還大幅降低了耗電量，提高了計算機的效能。

納米制程又是甚麼?
納米制程是一種用於製造集成電路的技術，指的是製程的最小元件尺寸達到納米級別（十億分之一米）。納米制程的重要性在於，它可以實現更高的集成度和更小的晶片尺寸，進一步提升計算機的性能。例如，3納米制程意味著每個元件的尺寸僅為3納米，這使得晶片上可以容納更多的元件，從而提供更強大的計算能力。所以以 4納米的 A16 Bionic (iPhone 14 Pro) 對比 A17 Pro (iPhone 15 Pro)，可以集成的電晶體就由 160 億個提升為 190 億個。

這個系列至此，我們就把機械計算，由理論到建造，以至可以握在手中的關鍵技術都有介紹，希望可以令到讀者下次拿著手中的智能手機時，由心感嘆人類技術的偉大。