Technologické limity prenosných počítačov | Mobilná revolúcia

Technologické limity prenosných počítačov – OBSAH

1. Hľadá sa náhrada za vákuové obrazovky
2. Spletitá cesta k LCD monitorom
3. Prvé tekuté kryštály sa používali v hodinkách a kalkulačkách

Hľadá sa náhrada za vákuové obrazovky

Väčšina prvých prenosných strojov používala rovnaké komponenty ako stolné počítače, iba boli navrhnuté tak, aby sa dali prenášať. Výsledkom boli stroje veľké a ťažké, neschopné chodu na batériu – skrátka boli skôr „prevozuschopné“. Ale ono to nešlo inak, pretože štandardné počítačové komponenty aj CRT obrazovky mali veľkú spotrebu – a batérie mali nízku kapacitu a boli ťažké. V tom čase sa dalo naraziť aj na stroje, ktoré experimentovali s olovenými batériami, čo bola technológia z automobilového priemyslu. 

Našťastie bola záchrana už na horizonte, pretože sa dlhšiu dobu pracovalo na pokročilejších a oveľa úspornejších technológiách. Prvou kľúčovou technológiou bola výrobná technológia CMOS (Complementary metal-oxide-semiconductor), ktorá vyžadovala oveľa menšie prevádzkové napätie. Technológiu vyvinul v roku 1963 Frank Wanlass vo Fairchild Semiconductor a v roku 1967 ju nechal patentovať. Technológia CMOS bola vhodná na vývoj čipov s vysokou integráciou a postupne nahradila staršie technológie ako TTL (Transistor-transistor logic). Po roku 2010 sa prakticky všetky čipy vyrábali s touto technológiou – ale už v 80. rokoch sa začali prioritne používať pri prenosných počítačoch, pretože mali nižšiu spotrebu. 

Ďalšou dôležitou technológiou, ktorá umožnila mobilnú revolúciu, boli obrazovky na báze tekutých kryštálov (LCD, Liquid Crystal Display). História tekutých kryštálov je dlhá a komplikovaná a siaha až do roku 1888, kedy botanik nemecký botanik českého pôvodu Friedrich Reinitzer objavil, že cholesteryl benzoát extrahovaný z mrkvy má dva body topenia, pri ktorých sa rôznym spôsobom mení farba. V štúdiu tekutých kryštálov pokračoval nemecký vedec Otto Lehmann, ktorý prišiel s pojmom „tekuté kryštály“ (Flüssige Kristalle) a popísal ich jednotlivé triedy.

Spletitá cesta k LCD monitorom

Dlhú dobu nebolo jasné, na čo by to mohlo byť dobré a s javom sa iba experimentovalo, až v roku 1927 ruský vedec Vsevolod Fréderiks objavil, akým spôsobom donútiť tekuté kryštály, aby vplyvom elektromagnetického poľa zmenili svoj tvar a prepli sa z jedného stavu do druhého. Sovietska moc sa mu za tento objav, nazývaný dnes Fréderiksov prechod, neskôr odmenila tak, že ho zatkla NKVD – a než sa z väzenia dostal domov, zomrel. Keby Frederiks, ktorý sa vzdelával vo Švajčiarsku, zostal radšej na Západe, mohol by sa možno podieľať na ďalšom vývoji tejto technológie. Prvou praktickou aplikáciou bol optický prepínač, ktorý si Marconni Wireless Telegraph Company patentovala v roku 1936.

V roku 1964 sa objavuje prvý pokus o funkčný displej založený na tekutých kryštáloch, ktorý využíval to, že sa priehľadný tekutý kryštál po aktivácii napätia stal nepriehľadným. Tento typ displeja sa nazýval DSM (Dynamic Scattering Mode), ale vyžadoval veľké napätie, takže zatiaľ ešte nebol vhodný pre prenosné zariadenia. Jeho tvorca, George Heimeier, ktorý ho vyvinul v RCA Laboratories, je ale považovaný za tvorcu prvého LCD displeja vôbec a jeho dielo bolo ocenené ako IEEE Milestone, čo je vysoké ocenenie americkou organizáciou IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers).

Prvé tekuté kryštály sa používali v hodinkách a kalkulačkách

Ďalšou prelomovou technológiou, ktorá pomohla vzniku LCD displejov, je TFT (Thin Film Transistor), kedy sú riadiace tranzistory naparené priamo na povrch panela obrazovky a môžu tak riadiť jednotlivé pixely. Prvý takýto displej vznikol v roku 1968 v RCA Laboratories, kde ho vyvinul Bernard Lechner. Napokon 4. decembra 1970 si švajčiarski vedci Hoffmann-LaRoche, Wolfgang Heldrich a Martin Schadt z Central Research Laboratories podali patent popisujúci TN panel (Twisted Nematic Field Effect). Prvou aplikáciou pre tento typ displeja boli malé obrazovky pre hodinky – a tým sa začala éra klasických digitálok!

V 70. rokoch sa s obrazovkami na tomto princípe roztrhlo vrece: Začali sa objavovať na kalkulačkách, na vreckových hrách, experimentovalo sa s prvými farebnými displejmi založenými na tekutých kryštáloch. To podstatné bolo, že do 80. rokov vstupovali LCD panely ako zatiaľ nie úplne dokonalá technológia (vyžadovali napríklad samostatné podsvietenie), už dovoľovali vytvorenie kompaktných plochých obrazoviek, ktoré nepotrebovali prehnané množstvo energie. 

Poslednou významnou technológiou, ktorá musela byť prelomená, boli efektívne vysokokapacitné batérie. To je ale téma zložitá – a vlastne nie sme ešte na konci, stále hľadáme bezpečné, lacné, vysokokapacitné batérie s minimálnym starnutím – a s postupnou elektrifikáciou ich potrebujeme stále viac a stále lepších, takže sa batériám budeme venovať neskôr.

Myšlienky a prototypy prenosných počítačov nemohli byť zrealizované kvôli používaniu energeticky náročných obrazoviek a procesorov. To zmenili technológie LCD a CMOS, ktoré umožnili návrh menších kompaktnejších zariadení. Zostávalo už len vyriešiť otázku napájania, ktorú preberieme v jednom z ďalších článkov venovanom téme Mobilná revolúcia.

Michal Rybka

Michal Rybka je publicista a nadšenec s 20 rokmi skúseností v IT a gamingu. Je kurátorom AlzaMuzea a YouTube kanála AlzaTech. Napísal niekoľko fantasy a sci-fi poviedok, ktoré vyšli v knižnej podobe, a pravidelne pokrýva piatkový obsah na internetovom magazíne PCTuning.