بیشتر بدانید: نانومتر و کاربرد آنها در ساخت چیپ ست های موبایل و دسکتاپ

زمانی که پای پردازنده ای تازه و رونمایی از آن به میان می آید، شرکت های سازنده را می بینیم که با اشتیاق از فرآیند ساخت کوچکتر با نانومتر های کمتر سخن می گویند و اینکه پردازنده آنها چند برابر نسبت به قبل قدرتمندتر شده، در حالی که انرژی کمتری می سوزاند. ممکن است تا کنون این سوال نیز در ذهن شما شکل گرفته باشد که فرآیند ساخت چیست، چگونه بر عملکرد پردازنده تاثیر می گذارد و چرا شرکت های سازنده تا این حد در پی آنند؟

نانومتر چیست؟

ریزپردازنده ها (به مانند CPU) در ساده ترین بیان ممکن تشکیل یافته اند از مجموعه ای از لایه های مختلف که مواد متفاوتی آنها را شکل می دهند. بر هم چینی این لایه ها به شیوه ای مشخص منتهی به شکل گیری اجزای بسیار کوچکی می شود که در نهایت پردازنده را شکل می دهند؛ اجزایی به مانند ترانزیستورها، مقاومت ها و خازن ها. این ترانزیستورها حکم سوییچ های روشن-خاموش را جهت قطع و وصل جریان الکترون داشته و در ردیف هایی کنار هم با ساختاری چهار گوش جای گرفته اند. فاصله میان ترانزیستورها بسیار کم بوده و بر حسب نانومتر بیان می شود. مقدار این فاصله ، همان عددی است که به عنوان فناوری ساخت و (طبیعتا) بر حسب نانومتر بیان می شود. فناوری ساخت کوچکتر، منتهی به فاصله کمتر و ترانزیستورهای ریزه تر شده که در نهایت می توان تعداد بیشتری از آنها را روی یک سطح مشخص جای داد.

نانومتر کمتر چگونه تاثیر می گذارد؟

کوچک شدن اجزای ترانزیستورها باعث کاهش خاصیت خازنی میان ترمینال های آن (همان source و drain) می شود. این مطلب دو پی آیند ارزشمند دارد: همزمان که میزان انرژی مصرفی ترانزیستور کاهش می یابد، سرعت سوییچ نمودن آن نیز افزایش می یابد. نتیجه اینکه پردازنده هایی سریع تر با مصرف انرژی کمتر خواهیم داشت. البته داستان به همینجا ختم نمی شود چرا که ترانزیستورهای کوچکتر به ولتاژ کمتری برای فعالیت خود نیاز داشته که همین باز هم میزان انرژی مصرفی را به شکلی قابل ملاحظه کم می کند. در کنار موارد گفته شده، کاهش ابعاد پردازنده سازندگان را قادر می سازد تعداد چیپ های بیشتری را بر روی یک ویفر سیلیکونی جای دهند و اگر چه نانومتر کمتر به معنای تجهیزات پیچیده تر و گران تر خواهد بود، اما در نهایت هزینه تولید کاهش خواهد یافت.

چرا دستیابی به نانومتر کمتر اینقدر زمانبر است؟

در این میان طبیعت نیز با قواعد خود وارد بازی می شود. بزرگترین مانع پیش روی سازندگان پدیده ای است که آن را به نشت جریان (یا نشت الکترون) می شناسند. بر طبق قواعد مکانیک کوانتوم و طی پدیده ای که به آن electron tunneling گفته می شود، هر چه اجزاء ترانزیستور کوچک تر و نازکتر باشند، احتمال گذر اکترون طی پدیده ای شبه به تله پورت و از دروازه (Gate) ترانزیستور بیشتر می شود. گذر الکترون فارغ از اینکه مصرف انرژی را بدون آنکه کار خاصی انجام شود بالا می برد، می تواند منتهی به بلا استفاده شدن پردازنده گردد.

این مسیر در نهایت به کجا ختم می شود؟

همانطور که در جدول پیش رو می بینید، فرآیند ساخت 20 و 28 نانومتری پرطرفدارترین فرآیندهای فعلی و در دنیای موبایل هستند. البته کوچکترین فرآیند تجاری فعلی در اختیار اینتل بوده و در ابعاد 14 نانومتری سیستم های موبایل و دسکتاپ را هدف قرار داده است. بر طبق برنامه، این شرکت قصد دارد در سال 2020 به ابعاد 5 نانومتر دست یافته و برای 2028 نیز به فناوری ساخت 1 نانومتری دست خواهد یافت. به نظر می رسد که اینجا دیگر پایان تکنولوژی ساخت فعلی بوده و صنعت چیپ سازی بایستی روش و مواد دیگری را در ادامه مسیر خود به کار گیرد.