ویاتک | اخبار حوزه دانش، فناوری و تکنولوژی به همراه مطالب علمی جذاب

تا ۵ سال آینده ترانزیستور به کوچک‌ترین اندازه خود می‌رسد؛ شاید لیتوگرافی سه‌بعدی راه چاره باشد!

+

ترانزیستور نام قطعه‌ای است که وقتی اختراع شد انقلاب بزرگی به راه انداخت، ادامه تاثیرات این انقلاب را در پردازنده‌های امروزی هم می‌بینیم، اما ترانزیستور دیگر عملا به انتهای راه خود رسیده و دستکاری ساختار آن برای بهره‌وری بیشتر، ممکن نیست.

هر پردازنده‌ای که امروزه در دستگاه‌های خود داریم و وظیفه پردازش فرایندها را به عهده آنها گذاشته‌ایم، همگی دارای ترانزیستورهای کوچک در تعداد واقعا بالا هستند. برای مثال در یک پردازنده اسکای‌لیک اینتل می‌توان بیش از ۱٫۴ میلیارد ترانزیستور یافت. در گذشته یک مشکل بزرگ بر سر راه سازندگان پردازنده وجود داشته است. و آن هم مصرف بالا و ایجاد حرارت بالا بوده است، علم برای رفع این مشکل، کوچک سازی ترانزیستورها را پیشنهاد داد، به این ترتیب ترانزیستورها کوچک‌تر شدند و امکان قرار دادن تعداد بیشتری ترانزیستور در سطح یک تراشه فراهم شد و دو نکته مثبت دیگر کوچک سازی هم این بود که مصرف انرژی ترانزیستورها کاهش یافت و در پی آن حرارت تولیدی هم پایین آمد. از همین روست که اصطلاحاتی مثل لیتوگرافی ۱۴ نانومتری یا ۲۰ نانومتری و امثال ان بر سر زبان‌ها افتاده است. هرچه لیتوگرافی، یعنی فناوری چاپ ترانزیستورها، یک رقم پایین‌تر باشد، بدان معناست که ترانزیستورها ابعاد کوچک‌تری دارند و انرژی کمی مصرف کرده و حرارت کمی هم تولید می‌کنند.

یک مثال واضح برای درک فواید کوچک سازی ترانزیستورها، سری اتم پردازنده‌های اینتل است. پردازنده‌های اینتل، به خاطر بهره‌وری از معماری X86، چون به صورت پیچیده و در‌هم‌ تنیده و به صورت دسته جمعی، فرایند‌ها را پردازش می‌کنند، به صورت ذاتی مصرف انرژی بیشتری داشته و دمای بالاتری نسبت به پردازنده‌های با معماری ARM که فرایندها را به صورت ساده سازی شده پردازش می‌کنند، تولید می‌کنند. از این رو تقریبا امکان استفاده از پردازنده‌های اینتل در کالبد دستگاه‌های کوچک مثل تبلت‌ها وجود نداشت مگر آن که یک فن خنک کننده برای آن در نظر گرفته می‌شد که خب وجود یک فن در یک تبلت، مشکلات دیگری به بار می‌آورد. از این رو اینتل هم فناوری لیتوگرافی پردازنده‌های خود را وارد مرحله جدیدی کرد و ترانزیستورها را کوچک ساخت تا هم مصرف و هم دمای آنها پایین آیند و یک مصالحه در قالب فرمولاسیون هم ترتیب داد و فرکانس کاری پردازنده را طوری تنظیم کرد که مصرف و دما همیشه در حد معقولی باقی بمانند، و اینگونه شد که امروزه شاهد پردازنده‌های X86 اینتل نه تنها در تبلت‌ها، بلکه حتی در گوشی‌های هوشمند هم هستیم. نکته قابل توجه و جالب‌تر هم این است که پردازنده‌های اتم اینتل به هیچ عنوان قدرت پردازش کمی ندارند و بهتر است برای خودمان اینگونه تعریف کنیم که اصلا مقایسه توان پردازشی یک پردازنده X86 با یک پردازنده ARM صحیح نیست و این دو نباید با هم مقایسه شوند. تصور کنید یک پردازنده ARM فوق قوی هم احتمالا حتی نخواهد توانست فرایندها و رشته نخ‌های پردازشی مختص خود سیستم عامل “ویندوز X86” را نیز جوابگو باشد، اما پردازنده اتم X86 حتی می‌تواند برای شما بازی هم اجرا کند. البته هرگز فراموش نکنید که بهینه سازی و سازگاری نرم افزار با سخت افزار، آن‌چنان تاثیر شگرفی در عملکرد دستگاه خواهد داشت که شاید باور نکنید، مثلا اجرای این همه بازی و اپلیکیشن در سخت افزار ضعیف یک آیفون (نسبت به یک گوشی اندرویدی با مثلا ۴ گیگ رم و پردازنده ۸ هسته ای) هیچ وقفه و لگ و کندی‌ای در گوشی ایفون ایجاد نخواهد کرد و این بخاطر بهینگی فوق‌العاده سخت افزار و نرم افزار آیفون هاست.

شواهد محکمی وجود دارند مبنی بر اینکه کمپانی‌های سازنده نیمه هادی‌ها، یا همان پردازنده‌ها، به شدت در حال رقابت برای کوچک و کوچک‌تر کردن ترانزیستور و ارایه قدرت بیشتر در تراشه حود هستند. در این بازار، اینتل و AMD و سامسونگ TSMC، تنها بازیگران بزرگ باقی مانده هستند و حتی تضمینی برای آینده آنها هم وجود ندارد. در ضمن این را هم باید در نظر بگیریم که حرکت و توسعه آهسته فرایند کوچک سازی ترانزیستور در یک ابر کمپانی به تجربه و قدمت اینتل که می‌توان او را بزرگ‌ترین و بهترین کمپانی سازنده پردازنده دانست، نشان می‌دهد که این کار چقدر سخت و حساس است. از بزرگ‌ترین مشکلات موجود در فرایند کوچک سازی ترانزیستورها، مشکل نشت قدرت است، یعنی امکان دارد معادلات درست از آب در نیایند و نتیجه کوچک سازی بر عکس شده و توان پردازش حتی کم‌تر باشد، و بسیاری مشکلات دیگر هم پدید آیند. خب حتما تا اینجای مطلب متوجه شده‌اید که کوچک سازی ترانزیستور هم مشکلات خود را داشته و کار ساده‌ای نیست و بلاخره سقف و محدودیتی برای آن وجود دارد، از این رو دنیای علم باز هم پیشنهادی برای عبور از این مانع ارایه داده است و آن هم استفاده از لیتوگرافی سه بعدی است! یعنی ترازیستورها به صورت سه بعدی روی تراشه چاپ شوند و از این طریق بتوان تعداد ترانزیستورهای بسیار بیشتری روی سطح نسبتا کوچک یک تراشه چاپ کرد، ناگفته نماند برخی از کمپانی‌ها هم از این راه حل خوششان آمده و احتمالا در حال فراهم آوری مقدمات ورود به این عصر جدید هستند.

قانون مور با همه پیچیدگی‌ که داشته، همیشه درست از آب در آمده است. حتی امروز هم نمی‌توان گفت که خلاف این قانون در ۵ سال آینده ثابت خواهد شد، چراکه به هر حال استفاده از فناوری چاپ سه بعدی ترانزیستورها یا ترفندهای دیگر، هنوز هم می‌توانند ترازیستورها را برای مدتی زنده نگه داشته و قانون مور را سرپا حفظ کند. بارها پیش آمده که دنیای ترازیستور و پردازنده‌ها و نمیه هادی‌ها و تراشه‌ها در چنین تنگناهایی قرار گرفته‌اند و سپس علم راه جدیدی باز کرده است، به نظر می‌رسد امروز هم در چنین شرایطی هستیم و احتمالا در چند سال آینده مفهوم جدیدی برای پردازنده‌ها روی کار آمده و باز هم سال‌ها به کار خود ادامه خواهد داد.

البته از یاد نبرید همه این‌ پیش‌بینی‌ها، یک تضمین و چیز ثابت شده نیستند، بلکه تنها یک نقشه راه بوده و همه آنها بر اساس احتمالات نه چندان واهی ارایه شده‌اند. به هرحال، نگرانی بزرگی که امروز به وجود آمده، این است که غول‌های بزرک سازنده تراشه و نیمه هادی‌ها، چگونه بر پیچیدگی‌های دنیای ترانزیستور، برای دستیابی به قدرت بشتر، خواهند افزود.

منبع:

واکنش شما:
like
0
love
0
haha
1
wow
0
sad
0
angry
0

دیدگاه ها

0 دیدگاه

avatar

wpDiscuz

© تمامی حقوق برای وبسایت ویاتک محفوظ است. نقل مطالب سايت تنها با ذکر و لینک به منبع مجاز است.