جستجو در تالارهای گفتگو

انتشار خبری مبنی بر توقف کوچک شدن ترانزیستورها ظرف پنج سال آینده بدون تردید اگر به معنای مرگ قانون مور (Moores’s law) نباشد، آن را در معرض تهدید قرار می‌دهد. بدون در نظر گرفتن این که قانون مور برای همیشه درست باقی بماند یا نماند، اما یک چیز واضح است، در صنعت نیمه رسانا همواره یک روند ثابت وجود داشته است و آن روند ثابت ، تلاش سازنده‌های چیپ برای پیدا کردن راهی برای کوچک کردن ترانزیستور و ساخت چیپ‌هایی قدرتمند البته بدون افزایش دادن اندازه و یا حتی افزایش مصرف انرژی بوده‌است؛ اما با توجه به نقشه‌‌ی ‌راه ارائه شده توسط صنعت نیمه‌رسانا (که شامل شرکت‌هایی چون اینتل و IBM نیز می‌شود) باید انتظار توقف کوچک شدن ترانزیستورها را داشت و ممکن است این روند ثابت دیگر از بین برود. اگر بخواهیم ساده‌تر به قضیه نگاه کنیم، تولید ترانزیستور‌های کوچک‌تر مقرون به صرفه نخواهد بود و شاید در عوض بهتر است که تمرکز خود را روی تولید چیپ‌های سه بعدی بگذارند که امکان ساخت بهینه‌ی چیپ‌ها را به شکل بهتر برایشان فراهم می‌آورد. [h=4] توقف کوچک شدن ترانزیستورها دیر یا زود عملی خواهد شد [/h] برای اثبات این گفته‌ها شواهدی قابل قبولی نیز وجود دارد به عنوان نمونه ادامه‌ی روند کوچک کردن ترانزیستور و البته پیروی از دو اصل گفته شده در بالا یعنی بدون افزایش دادن اندازه و یا حتی افزایش مصرف انرژی، سبب شده که تعداد شرکت‌های رقابت کننده در این عرصه روز به روز کمتر گردد و امروزه تنها اینتل، GlobalFoundrie (واحد تولیدی سابق شرکت AMD)، سامسونگ و TSMC باقی مانده‌اند و هیچ تضمینی برای بقای بیشتر هر یک از آنها در این لیست در آینده وجود ندارد. سرعت پایین شرکتی چون اینتل برای تولید ترانزیستور در سال‌های اخیر نیز خود شاهدی دیگر برای درک دشواری این کار است. همه‌ی این‌ها البته به معنای پایان قانون مور ظرف پنج آینده نخواهد بود و استفاده از چیپ سه بعدی و ترفندهای دیگر همچنان می‌توانند باعث دوبرابر شدن پیچیدگی چیپ‌ها شوند. ضمن این که این پیش‌بینی‌ها تنها نقشه راهی بیش نیستند و هیچ تضمینی وجود نخواهد داشت که به وقوع بپیوندند و کافی است تنها به یاد بیاوریم که چند بار کارشناسان پایان طراحی چیپ‌ها را پیش‌بینی کردند. مهم‌ترین دغدغه اما این است که غول‌های صنعت نیمه هادی برای تحقق این روند همه‌ی اصول را زیر پا نگذارند. منبع: گجت نيوز

1- مقدمه در سال 1958 میلادی اولین مدار مجتمع الکترونیکی ساخته شد. یک مدار مجتمع شامل تعداد زیادی ترانزیستور و البته تعدادی قطعه‌ی دیگر الکترونیکی است و معمولا برای انجام کار خاصی طراحی و ساخته می‌شود. در بسیاری از وسایلی که ما امروزه در زندگی استفاده می‌کنیم، مدارهای مجتمع الکترونیکی جزئی اصلی و مهم هستند. رایانه‌ها، خودروها، تلفن‌های همراه و ثابت، بسیاری از تلویزیون‌ها، رادیوها، پخش‌کننده‌های موسیقی و فیلم، دوربین‌های دیجیتال، یخچال و فریزر، ماشین‌های لباس‌شویی، آسانسورها، درب‌های الکترونیکی و سیستم‌های حفاظتی آن‌ها، سیستم‌های کنترل در کارخانجات و بسیاری قطعات دیگر همگی دارای مدارهای مجتمع هستند. 2- قانون مور به تصویر(1) نگاه کنيد. در این تصوير نموداری آمده که در آن، تعداد ترانزیستورهای واحد پردازشگر مرکزی رایانه بر محور عمودی و سال تولید آن بر محور افقی نشان داده شده است. پیش‌بینی مور با یک خط‌چین مورب رسم شده و اعداد واقعی با نقطه نمايش داده شده‌اند. بدین ترتیب می‌توان ملاحظه کرد که پیش‌بینی قانون مور تا چه اندازه به واقعیت نزدیک است. توجه کنید که در تصویر(1) ، به منظور پرهیز از پیچیدگی، نام همه‌ی انواع CPU نوشته نشده است. (CPU یا واحد پردازشگر مرکزی، مخفف واژه‌ی Central Processing Unit است. اين بخش اصلی‌ترین و مهم‌ترین قسمت یک رایانه است. CPU یه منزله‌ی مغز رایانه انجام عملیات پردازشی، منطقی، ریاضی و کنترلی را بر عهده دارد. به بیان دیگر همه‌ی کارهای رایانه توسط واحد پردازشگر مرکزی مدیریت و کنترل می‌شود.) تصویر1- مقایسه‌ی قانون مور و تعداد ترانزیستورهای CPU از سال 1971 تا 2008. در این تصویر قانون مور به صورت خط‌چین نشان داده شده است. 3- چرا ترانزیستورِ بیشتر ؟ چرا ترانزیستورِ کوچک‌تر ؟! گفتیم مور پیش‌بینی کرد که تعداد ترانزیستورهای مدارهای مجتمع هر دو سال تقریبا دو برابر می‌شود. البته اين قانون مور را می‌توان به گونه‌ای دیگر نیز بیان کرد؛ در اين بيان جديد هر دو سال ابعاد ترانزیستورهای موجود در مدارهای الکترونیکی تقریبا نصف می‌شود. اما به نظر شما چرا سازندگان مدارهای مجتمع به دنبال قرار دادن تعداد بیشتری ترانزیستور در يک مدار مجتمع هستند؟ یا به بیان دیگر، چرا سازندگان مدارهای مجتمع به دنبال کوچک‌تر کردن ابعاد ترانزیستور هستند؟ آیا این کار مزیتی دارد؟ ترانزیستورها از طریق الکترون‌های آزاد یا حفره‌های آزاد مسیر رسانش الکتریکی را برقرار می‌کنند. ما از این ویژگی ترانزیستور که مشابه یک کلید است، استفاده می‌کنیم و مدارهای الکترونیکی را طراحی می‌کنیم و می‌سازیم. هر چه تعداد ترانزیستورها در مدارات مجتمع بیشتر باشد، یا به بیان دیگر هر چه ترانزیستورها کوچک‌تر باشند، الکترون‌ها و حفره‌های آزاد برای رسانش الکتریکی مسیر کمتری را می‌پیمایند و این یعنی سرعت پردازش اطلاعات بیشتر می‌شود. واحدهای حافظه‌ها نظیر RAM ، ROM ، FLASH و ... همگی از ترانزیستور ساخته شده است. بنابراین هر چه تعداد ترانزیستورها در مدارهای مجتمع بیشتر شود، اندازه حافظه‌ها نیز بیشتر می‌شود. به همین جهت است که سرعت واحد پردازشگر مرکزی در رایانه‌ها مرتب افزایش می‌یابد. تا چند سال پیش سرعت رایانه‌ها حداکثر چند صد مگا هرتز بود، در حالی که امروزه سرعت رایانه‌ها به چند گیگا هرتز رسیده است و مرتب نیز در حال افزایش است. يا اين‌که اندازه‌ی ظاهری حافظه‌ها تغییری نمی‌کند و حتی در مواردی کوچک‌تر هم می‌شود، اما میزان حافظه‌ی آن‌ها به سرعت در حال افزایش است. اکنون ممکن است این پرسش در ذهن شما شکل بگیرد که چرا با این همه مزایا، از همان ابتدا ترانزیستورهایی با ابعاد کوچک نساختیم؟ چرا دانشمندان تقریبا هر دو سال، ابعاد ترانزیستور را نصف می‌کنند؟ پاسخ این پرسش ساده است. در اواخر دهه‌ی 60 میلادی که برای اولین بار از ترانزیستور برای ساخت مدارهای مجتمع استفاده شد، فناوری ساخت آن ها در ابعاد کوچک موجود نبود. در واقع دانشمندان به تدریج و با استفاده از روش‌های نوین و فنون خاصی توانستند ابعاد ترانزیستورها را کوچک کنند و این کوچک شدن همچنان ادامه دارد. 4- چقدر کوچک‌تر ؟! ابعاد ترانزیستور را معمولا با طول کانال ترانزیستور، یعنی فاصله‌ی بین سورس و درین مشخص می‌کنند (اگر این مفاهیم را یادتان رفته، به مقاله‌ی «آشنایی با ساختار و نحوه‌ی عملکرد ترانزیستور» مراجعه کنید). طول کانال ترانزیستور تا چند سال پیش حدود 0.25 میکرومتر بود. این طول سپس به 0.18 میکرومتر و پس از آن به 90 نانومتر کاهش یافت، یعنی کمتر از 100 نانومتر. از این مرحله، ترانزیستور در حوزه مورد نظر فناوری‌نانو قرار می‌گیرد. در مدارهای مجتمع امروزی طول کانال ترانزیستور حدود 65 نانومتر است. پیش‌بینی می‌شود تا سال 2010 میلادی ترانزیستورهایی با طول کانال 45 نانومتر در مدارهای مجتمع مورد استفاده قرار بگیرند. همچنین برآوردها نشان می‌دهد طول کانال ترانزیستورها در سل 2013 میلادی به 32 نانومتر و در سال 2016 میلادی به 22 نانومتر برسد. همان طور که ملاحظه می‌کنیم، ابعاد ترانزیستور مرتب کوچک و کوچک‌تر می‌شود و نقش فناوری‌نانو در الکترونیک بیش از پیش مهم جلوه می‌کند. البته ماجرا به این سادگی هم نیست. رسیدن به ابعاد کوچکی که بیان شد، نیازمند حل مسائل و مشکلات بسیاری است. همان گونه که می‌دانیم، زمانی که از ابعاد چند ده نانومتر صحبت می‌کنیم، با تعداد محدودی اتم سر و کار داریم. اندازه‌ی اتم سیلیسیوم که عنصر اصلی در ساخت مدارهای الکترونیکی امروزی است، حدود 0.2 نانومتر است. اگر فاصله‌ی مربوط به پیوند اتمی را هم در نظر بگیریم، می‌بینیم که در این ابعاد مطرح شده برای طول کانال، کار بسیار دشواری را پیش رو داریم. چرا که کار با چند ده اتم، مسائل پیش‌بینی نشده‌ی بسیاری به دنبال خواهد داشت. در واقع در این ابعاد اتفاقاتی می‌افتد که در ابعاد بزرگ‌تر به سادگی قابل صرف نظر کردن است. ولی اکنون نمی‌توان از آن چشم‌پوشی کرد. این مشکلات را مسائل کوانتومی می‌گوییم. مشکل دیگر، فناوری ساخت ترانزیستور در این ابعاد است. فنون و ابزارهای ساخت مدارهای مجتمع باید تغییرات اساسی بیابند. در این راه باید ابداعات و خلاقیت‌های زیادی انجام گیرد تا دسترسی به آن چه پیش‌بینی شده، امکان‌پذیر شود. برای اینکه بتوانیم در این باره دقیق‌تر صحبت کنیم، لازم است ابتدا با فناوری ساخت مدارهای مجتمع الکترونیکی آشنا شویم. منبع

ﺗﺮاﻧﺰﻳﺴﺘﻮرﻫﺎی آﻧﺎﻟﻮگ ﻣﻮﺟﻮد در ﺧﺮوﺟﻲ Op‐amp ﺑﺮای اﻳﺠﺎد ﺷﻜﻞ ﻣﻮج آﻧﺎﻟﻮگ ﻃﺮاﺣﻲ ﺷﺪه اﻧﺪ ﺑﻨﺎﺑﺮاﻳﻦ ﻧﺎﺣﻴﻪ ﺧﻄﻲ وﺳﻴﻌﻲ دارﻧﺪ اﻳﻦ ﺗﺮاﻧﺰﻳﺴﺘﻮرﻫﺎ ﻗﺒﻞ از رﺳﻴﺪن ﺑﻪ اﺷﺒﺎع، زﻣﺎن ﻧﺴﺒﺘﺎً زﻳﺎدی را در ﻧﺎﺣﻴﻪ ﺧﻄﻲ ﺳﭙﺮی ﻣﻲ ﻛﻨﻨﺪ ﻛﻪ‬ ‫ﺑﺎﻋﺚ ﻣﻲﺷﻮد زﻣﺎن ﺻﻌﻮد و ﻧﺰول آن ﻫﺎ ﻃﻮﻻﻧﻲ ﺑﺎﺷﺪ مثلا وﻗﺘﻲ 423LM‬ ﺑﻪ ﻋﻨﻮان‬ ﻣﻘﺎﻳﺴﻪ ﻛﻨﻨﺪه اﺳﺘﻔﺎده ﻣﻲ ﺷﻮد، اﮔﺮﭼﻪ ﺧﺮوﺟﻲ ‪ Op‐amp‬ اﺷﺒﺎع ﻣﻲﺷﻮد و ﺣﺪوداً ﺑﻪ وﻟﺘﺎژ ﺗﻐﺬﻳﻪ ﻣﻲ رﺳﺪ اﻣﺎ ﺑﺎﻳﺪ به این نکته ﺗﻮﺟﻪ‬ ‫داشت ﻛﻪ ﺑﺮای ﺳﻮﻳﻴﭻ ﻛﺮدن ﺧﺮوﺟﻲ اﻳﻦ ﻗﻄﻌﻪ، ﺗﻮان ﺑﺎﻻﻳﻲ ﻣﺼﺮف ﻣﻲ ﺷﻮد.‬ زﻣﺎﻧﻲ ﻛﻪ از ‪Op‐amp‬ ﺑﻪ ﺻﻮرت ﺣﻠﻘﻪ ﺑﺎز اﺳﺘﻔﺎده ﺷﻮد، ﻧﺘﻴﺠﻪ ﻏﻴﺮﻗﺎﺑﻞ ﭘﻴﺶ ﺑﻴﻨﻲ اﺳﺖ. ﻫﻴﭻ ﻛﺪام از ﺳﺎزﻧﺪﮔﺎن ﻧﻴﻤﻪ ﻫﺎدی ‪ﻧﻤﻲﺗﻮاﻧﻨﺪ در ﻣﻮرد ﻋﻤﻠﻜﺮ ﺣﻠﻘﻪ ﺑﺎز ﺗﻀﻤﻴﻨﻲ دﻫﻨﺪ ‬ﺗﺮاﻧﺰﻳﺴﺘﻮرﻫﺎﻳﻲ ﻛﻪ در ﻃﺒﻘﻪ ﺧﺮوﺟﻲ ‪ Op‐amp‬ اﺳﺘﻔﺎده ﻣﻲ ﺷﻮﻧﺪ، ﺗﺮاﻧﺰﻳﺴﺘﻮر ﺳﻮﻳﻴﭽﻴﻨﮓ ﻧﻴﺴﺘﻨﺪ، وﻗﺘﻲ ﻛﻪ آن ﻫﺎ وارد‬‫‫ﻧﺎﺣﻴﻪ اﺷﺒﺎع ﻣﻲ ﺷﻮﻧﺪ ﻧﻪ ﺗﻨﻬﺎ ﺗﻮان ﺑﻴﺸﺘﺮی ﻣﺼﺮف ﻣﻲ ﻛﻨﻨﺪ ﺑﻠﻜﻪ ﻣﻤﻜﻦ اﺳﺖ دﭼﺎر ‪ Latch‐up‬ ﺷﻮﻧﺪ. زﻣﺎن ﺑﺎزﻳﺎﺑﻲ ‬اﻳﻦ ﺗﺮاﻧﺰﻳﺴﺘﻮرﻫﺎ ﻣﻤﻜﻦ اﺳﺖ ﺑﺴﻴﺎر ﻏﻴﺮ ﻗﺎﺑﻞ ﭘﻴﺶ ﺑﻴﻨﻲ ﺑﺎﺷﺪ. در ﻣﻮرد دﺳﺘﻪ ای از وﺳﺎﺋﻞ، اﻳﻦ زﻣﺎن در ﺣﺪ ﻳﻚ ﻣﻴﻜﺮوﺛﺎﻧﻴﻪ‬ و در ﻣﻮرد دﺳﺘﻪ ای دﻳﮕﺮ ﻣﻤﻜﻦ اﺳﺖ ﭼﻨﺪﻳﻦ ده ﻣﻴﻜﺮوﺛﺎﻧﻴﻪ ﺑﻪ ﻃﻮل اﻧﺠﺎﻣﺪ. زﻣﺎن ﺑﺎزﻳﺎﺑﻲ ﻣﺸﺨﺺ ﻧﻴﺴﺖ ﭼﺮا ﻛﻪ ﻗﺎﺑﻞ‬ ‫آزﻣﺎﻳﺶ ﺷﺪن ﻧﻤﻲﺑﺎﺷﺪ. ﺣﺘﻲ ﺑﺴﺘﻪ ﺑﻪ ﻧﻮع ﻗﻄﻌﻪ، ﻣﻤﻜﻦ اﺳﺖ ﺧﺮوﺟﻲ ﻫﻴﭻ ﮔﺎه ﺑﺎزﻳﺎﺑﻲ ﻧﺸﻮد در نهایت می توانیم این گونه نتیجه گیری کنیم که ‫ﻣﻘﺎﻳﺴﻪ ﻛﻨﻨﺪه ﻫﺎ و ‪Op‐amp‬ ﻫﺎ اﮔﺮﭼﻪ ﺷﺒﻴﻪ ﻳﻜﺪﻳﮕﺮ ﺑﻪ ﻧﻈﺮ ﻣﻲ رﺳﻨﺪ اﻣﺎ ﻋﻨﺎﺻﺮ ﻛﺎﻣﻼً ﻣﺘﻔﺎوﺗﻲ ﻫﺴﺘﻨﺪ. اﮔﺮﭼﻪ ﺑﻌﻴﺪ اﺳﺖ از‬ ﻣﻘﺎﻳﺴﻪ ﻛﻨﻨﺪه ﺑﻪ ﺟﺎی ‪ Op‐amp‬ اﺳﺘﻔﺎده ﺷﻮد اما ‬درﺧﻮاﺳﺖ ﻫﺎی ﻣﺨﺘﻠﻔﻲ درﻳﺎﻓﺖ ﻣﻲ شوﺪ مبنی بر اینکه ﭼﮕﻮﻧﻪ ﻣﻲ ﺗﻮان‬ از ‪ Op‐amp‬ ﺑﻪ ﺟﺎی ﻣﻘﺎﻳﺴﻪ ﻛﻨﻨﺪه اﺳﺘﻔﺎده ﻛﺮد ﺑﻬﺘﺮﻳﻦ ﺗﻮﺻﻴﻪ ای ﻛﻪ ﺑﻪ اﻳﻦ اﻓﺮاد ﻣﻲ ﺷﻮد اﻳﻦ اﺳﺖ ﻛﻪ اﻳﻦ ﻛﺎر را اﻧﺠﺎم‬ ‫ﻧﺪﻫﻨﺪ. اﻧﺠﺎم ﭼﻨﻴﻦ ﻛﺎری درﺑﻬﺘﺮﻳﻦ ﺣﺎﻟﺖ ﻧﺘﻴﺠﻪ ﺑﻲ ﻛﻴﻔﻴﺘﻲ را ﺑﻪ ﺑﺎر ﻣﻲ آورد و در ﺑﺪﺗﺮﻳﻦ ﺣﺎﻟﺖ ﻣﺪار ﻛﺎر ﻧﻤﻲ ﻛﻨﺪ.‬ برگرفته از نوشته Bruce Carter