How transistors work - Gokul J. Krishnan

번역: Sungmin OH 검토: Jihyeon J. Kim

Modern computers are revolutionizing our lives,

현대 컴퓨터는 우리 삶에 혁명을 일으켰습니다.

performing tasks unimaginable only decades ago.

고작 수십 년 전에는 상상도 못할 일들을 수행해주죠.

This was made possible by a long series of innovations,

이것은 긴 일련의 혁신과 맞물려 가능해진 것입니다.

but there's one foundational invention that almost everything else relies upon:

단, 거의 모든 것이 필요로 하는 기본 혁신이 하나 있죠.

the transistor.

트랜지스터입니다.

So what is that,

트랜지스터는 무엇일까요?

and how does such a device enable all the amazing things computers can do?

이 장치가 어떻게 컴퓨터가 할 수 있는 모든 엄청난 일들을 가능케 할까요?

Well, at their core, all computers are just what the name implies,

사실 모든 컴퓨터는 단지 그 이름이 의미하는 바와 같죠.

machines that perform mathematical operations.

수학적인 연산을 수행할 수 있는 기계입니다.

The earliest computers were manual counting devices,

가장 초장기의 컴퓨터는 수동계산 장치인

like the abacus,

주판과 같은 것이었죠.

while later ones used mechanical parts.

그 이후의 컴퓨터는 기계부품을 사용했습니다.

What made them computers was having a way to represent numbers

숫자를 보여주고, 그 숫자를 조작할 수 있는

and a system for manipulating them.

시스템이 컴퓨터인 셈이죠.

Electronic computers work the same way,

전자 컴퓨터도 같은 방식입니다.

but instead of physical arrangements,

단, 물리적 배열이 아닌

the numbers are represented by electric voltages.

전기 전압으로 숫자를 표현합니다.

Most such computers use a type of math called Boolean logic

대부분의 컴퓨터는 불 연산이라는 수학 형태를 사용합니다.

that has only two possible values,

불 연산에서 가능한 답은 두 개 뿐입니다.

the logical conditions true and false,

논리조건인 참과 거짓이죠.

denoted by binary digits one and zero.

1과 0의 이진수로 표시합니다.

They are represented by high and low voltages.

이 값들은 고전압과 저전압으로 표현합니다.

Equations are implemented via logic gate circuits

논리 게이트 회로를 통해 시행되는 방정식은

that produce an output of one or zero

입력값이 특정 논리문을 만족하는지에 따라

based on whether the inputs satisfy a certain logical statement.

1 또는 0의 출력값을 생성합니다.

These circuits perform three fundamental logical operations,

이 회로들은 3개의 기본적인 논리 연산을 수행합니다.

conjunction, disjunction, and negation.

논리곱, 논리합, 그리고 부정입니다.

The way conjunction works is an "and gate" provides a high-voltage output

논리곱은 두 개의 고전압 입력값을 받은 경우에만

only if it receives two high-voltage inputs,

"AND" 게이트가 고전압 출력값을 제공합니다.

and the other gates work by similar principles.

다른 게이트의 원리도 유사합니다.

Circuits can be combined to perform complex operations,

회로를 결합하여 덧셈과 뺄셈같은

like addition and subtraction.

복잡한 연산을 수행할 수 있습니다.

And computer programs consist of instructions

그리고 컴퓨터 프로그램은 이러한 연산을

for electronically performing these operations.

전자적으로 수행하기 위한 명령문으로 구성되어 있습니다.

This kind of system needs a reliable and accurate method

이러한 시스템은 신뢰할 수 있고 정확한

for controlling electric current.

전류 조절 방법이 필요합니다.

Early electronic computers, like the ENIAC,

에니악과 같은 초창기 전자 컴퓨터는

used a device called the vacuum tube.

진공관이라는 장치를 사용했습니다.

Its early form, the diode,

초기 형태는 2극 진공관이며

consisted of two electrodes in an evacuated glass container.

이는 진공처리된 유리 용기안에 두 개의 전극으로 구성되어있습니다.

Applying a voltage to the cathode makes it heat up and release electrons.

전압으로 음극을 달구면 전자를 방출합니다.

If the anode is at a slightly higher positive potential,

양극의 양전위가 약간 더 높으면

the electrons are attracted to it,

전자들은 양극으로 끌려가게되어

completing the circuit.

회로가 완성됩니다.

This unidirectional current flow could be controlled

이 단일 방향 전류는

by varying the voltage to the cathode,

음극의 전압 변화로 조정할 수 있습니다.

which makes it release more or less electrons.

보다 많거나 적은 양의 전자를 방출하게 만드는 거죠.

The next stage was the triode,

다음 단계는 3극 진공관입니다.

which uses a third electrode called the grid.

그리드라고 부르는 세 번째 전극을 사용합니다.

This is a wire screen between the cathode and anode

음극와 양극 사이의 와이어 스크린인데

through which electrons could pass.

전자는 그리드를 통과할 수 있습니다.

Varying its voltage makes it either repel

그리드의 전압을 조정하여

음극에서 방출된 전자를 밀어내거나 끌어당깁니다.

or attract the electrons emitted by the cathode,

thus, enabling fast current-switching.

신속한 전류 변환이 가능한 것이죠.

The ability to amplify signals also made the triode crucial for radio

3극 진공관은 신호 증폭 기능 덕에

라디오와 장거리 통신에도 매우 중요합니다.

and long distance communication.

But despite these advancements, vacuum tubes were unreliable and bulky.

이러한 장점에도 불구하고, 진공관은 불안정하고 부피가 컸습니다.

With 18,000 triodes, ENIAC was nearly the size of a tennis court

3극 진공관 18,000개는 거의 테니스장 크기에다가

and weighed 30 tons.

30톤이나 나갑니다.

Tubes failed every other day,

진공관은 이틀에 하나씩 망가졌고

and in one hour, it consumed the amount of electricity used by 15 homes in a day.

한 시간 동안 15 가구의 하루치 전기를 소모했습니다.

The solution was the transistor.

트랜지스터가 해결책이었습니다.

Instead of electrodes, it uses a semiconductor,

전극 대신 반도체를 사용한 거죠.

like silicon treated with different elements

실리콘에 다른 요소를 처리하면

to create an electron-emitting N-type,

전자를 방출하는 N 형과

and an electron absorbing P-type.

전자를 흡수하는 P형을 만들 수 있습니다.

These are arranged in three alternating layers

세 번 반복하여 배열하고

with a terminal at each.

각각 터미널을 부착합니다.

The emitter, the base, and the collector.

이미터, 베이스, 그리고 컬렉터 입니다.

In this typical NPN transistor,

이 것이 전형적인 NPN 트랜지스터입니다.

due to certain phenomena at the P-N interface,

P-N 인터페이스의 특정 현상으로 인해

a special region called a P-N junction forms between the emitter and base.

P-N 접합이라 불리는 특별한 부분이 이미터와 베이스 사이에서 형성됩니다.

It only conducts electricity

전압이 특정 기준치 이상일 때만 전기를 전도합니다.

when a voltage exceeding a certain threshold is applied.

Otherwise, it remains switched off.

그 외에는, 꺼진 상태입니다.

In this way, small variations in the input voltage

이러한 방식으로, 입력 전압의 작은 변동이

can be used to quickly switch between high and low-output currents.

출력 고전류와 저전류 사이의 빠른 전환에 사용됩니다.

The advantage of the transistor lies in its efficiency and compactness.

트렌지스터는 효율적이고 소형인 것이죠.

Because they don't require heating, they're more durable and use less power.

열이 필요없기 때문에, 더 오래가고 전력을 덜 사용합니다.

ENIAC's functionality can now be surpassed by a single fingernail-sized microchip

손톱 크기의 마이크로 칩 하나가 이제는 에니악의 기능을 능가합니다.

containing billions of transistors.

칩은 수십억 개의 트랜지스터가 들어있습니다.

At trillions of calculations per second,

매 초마다 수조의 계산을 하는

today's computers may seem like they're performing miracles,

오늘날의 컴퓨터가 기적처럼 보일 수도 있지만

but underneath it all,

그 안의 각각의 연산은 스위치를 딸깍 끄는만큼

each individual operation is still as simple as the flick of a switch.

여전히 단순합니다.