تاریخ انتشار : شنبه ۳۰ اسفند ۱۳۹۹ - ۷:۳۴
کد خبر : 39485

کشف موادی که به ساخت تراشه های قدرتمندتر کمک می‌کند

کشف موادی که به ساخت تراشه های قدرتمندتر کمک می‌کند

کشف موادی که به ساخت تراشه های قدرتمندتر کمک می‌کندبزرگترین مشکل امروز در صنعت الکترونیک این است که چگونه صنعت تراشه همچنان از قانون مور پیروی کند؟ قانون مور مشاهدات بنیانگذار و مدیر عامل سابق اینتل یعنی گوردون مور است که هر دو سال تعداد‌ترانزیستور‌ها در مدار‌های متراکم دو برابر می‌شود. مشاهدات اولیه در اواسط دهه ۱۹۶۰ انجام شد و در ابتدا هر سال تعداد‌ترانزیستور‌ها دو برابر می‌شد. این قانون از این جهت مهم است که هرچه تراکم‌ترانزیستور تراشه بیشتر باشد (یعنی فضای قابل استفاده برای‌ترانزیستور‌های موجود در میلی متر مربع)، تراشه قدرتمندتر و دارای مصرف انرژی کمتری است.
قانون مور می‌گوید چگالی ترانزیستورها در یک تراشه در چند وقت یک‌بار دوبرابر می‌شودقانون مور قانونی است که توسط گوردون مور، بنیان‌گذار و مدیرعامل سابق اینتل، در اواسط دهه ۱۹۶۰ بیان شد و البته در اواسط دهه ۱۹۷۰ اصلاح شد. این قانون اساساً بیان می‌کند که تراکم ترانزیستورهای روی تراشه (تعداد ترانزیستورها در یک میلی‌متر مربع) باید هر چند وقت یک‌بار دو برابر شود. در چند سال گذشته، تولیدکنندگان تراشه توانستند هر دو سال به کمتر از ۱۰۰ در..

کشف موادی که به ساخت تراشه های قدرتمندتر کمک می‌کند

بزرگترین مشکل امروز در صنعت الکترونیک این است که چگونه صنعت تراشه همچنان از قانون مور پیروی کند؟ قانون مور مشاهدات بنیانگذار و مدیر عامل سابق اینتل یعنی گوردون مور است که هر دو سال تعداد‌ترانزیستور‌ها در مدار‌های متراکم دو برابر می‌شود. مشاهدات اولیه در اواسط دهه ۱۹۶۰ انجام شد و در ابتدا هر سال تعداد‌ترانزیستور‌ها دو برابر می‌شد. این قانون از این جهت مهم است که هرچه تراکم‌ترانزیستور تراشه بیشتر باشد (یعنی فضای قابل استفاده برای‌ترانزیستور‌های موجود در میلی متر مربع)، تراشه قدرتمندتر و دارای مصرف انرژی کمتری است.

قانون مور می‌گوید چگالی ترانزیستورها در یک تراشه در چند وقت یک‌بار دوبرابر می‌شود

قانون مور قانونی است که توسط گوردون مور، بنیان‌گذار و مدیرعامل سابق اینتل، در اواسط دهه ۱۹۶۰ بیان شد و البته در اواسط دهه ۱۹۷۰ اصلاح شد. این قانون اساساً بیان می‌کند که تراکم ترانزیستورهای روی تراشه (تعداد ترانزیستورها در یک میلی‌متر مربع) باید هر چند وقت یک‌بار دو برابر شود. در چند سال گذشته، تولیدکنندگان تراشه توانستند هر دو سال به کمتر از ۱۰۰ درصد رشد یعنی همان مقدار دو برابر برسند، اگرچه همین‌قدر پیشرفت نیز مزایای بسیار زیادی داشته است. به‌عنوان مثال، گفته می‌شود که چگالی ترانزیستور ۵ نانومتری جدید ای ۱۴ بایونیک اپل حدود ۱۳۴ میلیون است و این در حالی است که تراشه ۷ نانومتری ای ۱۳ بایونیک حدود ۹۰ میلیون ترانزیستور دارد. این افزایش ۴۹ درصدی را در دو نسل تراشه‌های اپل نشان می‌دهد.

تیم تحقیق مواد جدیدی را کشف کرده اند که ممکن است قانون مور را زنده نگه دارد

بگذارید یک نمونه را مثال بزنیم. تراشه اپل‌ای ۱۳ بایونیک توسط شرکت تولید‌کننده نیمه هادی تایوان (تی اس‌ام سی) در سال ۲۰۱۹ با استفاده از‌گره فرآیند ۷ نانومتری ریخته‌گری تولید شد. تراکم‌ترانزیستور‌ای ۱۳ بایونیک نزدیک به ۹۰ میلیون در هر میلی متر مربع است و سری آیفون ۱۱ را با ۸٫۵ میلیارد‌ترانزیستور تأمین می‌کند. تی اس‌ام سی از‌گره فرایند ۵ نانومتری خود برای تولید‌ای ۱۴ بایونیک در سال ۲۰۲۰ استفاده کرد. این تراشه ۱۳۴ میلیون‌ترانزیستور را در یک میلی متر مربع در خود دارد و ۱۱٫۸ میلیارد‌ترانزیستور را برای استفاده فراهم می‌کند. پیش بینی می‌شود که سال آینده، تی اس‌ام سی تولید مدار‌های یکپارچه ۳ نانومتری را شروع کند و هر دو شرکت تی اس‌ام سی و سامسونگ نقشه راهی برای کاهش خط تولید به ۲ نانومتر ایجاد کرده اند.

کارخانه‌های تی اس ام سی و سامسونگ هنوز از قانون مور پیروی می‌کنند. شرکت تی اس ام سی برای تولید تراشه‌های ۳ نانومتری خود در اواخر سال جاری آماده می‌شود و سپس تولید انبوه این تراشه‌ها را در نیمه دوم سال ۲۰۲۲ آغاز کند. انتظار می‌رود در مقایسه با تراشه‌های ۵ نانومتری، تراشه‌های ۳ نانومتری تی اس ام سی عملکرد کلی تراشه را ۱۰ تا ۱۵ درصد افزایش دهند یا مصرف انرژی را ۲۵ تا ۳۵ درصد کاهش دهند.

با کوچک‌تر شدن اندازه ترانزیستورها، صنعت تراشه به‌سختی توانسته از قانون مور پیروی کند

تراشه اپل

اما بعد از‌گره فرآیند ۲ نانومتر و بالاتر چه اتفاقی می‌افتد؟ بسیاری از تحلیلگران می‌گویند گرچه قانون مور همچنان تحقق یافته است و فن‌آوری‌های جدید زمینه تداوم آن را فراهم کرده اند، اما قانون مور در واقع در حال مردن است. در گزارشی که توسط مواد طبیعی (از طریق فیز دات او آر جی) منتشر شد، محققان اظهار داشتند که آن‌ها در حال کار بر روی نوع جدیدی از مواد هستند که می‌تواند تراشه را خنک نگه دارد حتی اگر اندازه کوچک شود. مدیریت گرمای تولید شده با قرار دادن مدار‌های بیشتر روی تراشه‌های کوچکتر یکی از مشکلات طراحان و تولیدکنندگان تراشه است. این یک مشکل اساسی است، زیرا نه تنها تعداد مدار‌ها بیشتر می‌شود، بلکه اندازه تراشه نیز کوچکتر شده و‌ترانزیستور‌ها نیز نزدیکتر می‌شوند. این امر باعث می‌شود که برای جلوگیری از آسیب دیدن مدار، گرما در سطح تراشه پخش شود.

لایه عایق مورد استفاده در تراشه، جریان را از مدار می‌گیرد. به این عایق دی الکتریک کم کی گفته می‌شود. سازمان فیزیکی کار‌های لازم برای جلوگیری از خوردگی و تداخل سیگنال را انجام داده و آن‌ها را قهرمانانی خاموش نام‌گذاری کرده است که استفاده از آن‌ها را در همه محصولات الکترونیکی ممکن می‌سازد. محققانی که در تحقیقات جدید مواد تحقیق می‌کنند، پاتریک‌ای هاپکینز، استاد گروه مهندسی مکانیک و هوافضا در دانشگاه ویرجینیا و ویل دیچتل، استاد گروه شیمی دانشگاه نورث وسترن هستند.

محققان موفق به تولید ورقه‌های پلیمری با ضخامت تنها یک اتم برای ساخت تراشه شده‌اند

هاپکینز گفت:

دانشمندان همیشه بدنبال مواد دی الکتریک کم کی هستند که بتواند مشکلات انتقال حرارت داخلی و فضایی در مقیاس کوچک را حل کند. اگرچه ما راهی طولانی را طی کرده‌ایم، برای اینکه پیشرفت‌های جدیدی انجام دهیم، راه زیادی در پیش نخواهیم داشت. در این پروژه، ما از اصول و اصول مهندسی مکانیک، شیمی، علوم مواد، مهندسی برق و سایر زمینه‌ها برای حل یک مسئله بسیار دشوار استفاده می‌کنیم و نمی‌توانیم آن را به تنهایی حل کنیم.

نانو مواد موادی با اندازه واحد بین ۱ تا ۱۰۰ نانومتر هستند. ماده‌ای که در واقع توسط این دانشگاه استفاده شده، گرافن است که به‌صورت «یک لایه اتمی منفرد از اتم‌های کربن که در یک شبکه شش‌ضلعی مرتب شده‌اند» تعریف می‌شود. با جمع شدن لایه گرافن مانند کاغذهای اوریگامی، مواد حاصله دارای مشخصات خاصی مانند اجزای الکترونیکی استفاده‌شده روی تراشه‌ها می‌شود. این کشف جدید می‌تواند تولید ریزتراشه‌های کوچک با ویژگی‌های خاص را فراهم کند که می‌تواند باعث تولید تلفن‌های همراه سریع‌تر و کم‌مصرف‌تر شود. اندازه ریزتراشه‌هایی که می‌توانند از نانو مواد ساخته شوند، بسیار کوچک است و باعث می‌شوند تا فضای بیشتری در داخل دستگاه باقی بماند تا تراشه‌های بیشتری در آن جای بگیرند.

دیکل توضیح داد که این تیم برای ایجاد تراشه‌های کوچکتر چه کاری انجام می‌دهد:

ورق پلیمری که به دست آوردیم فقط یک اتم ضخامت دارد (ما آن را دو بعدی مینامیم) و با تراز کردن آن با یک ساختار خاص تراز می‌شود. کنترل عملکرد آن به صورت لایه لایه است. فیلم پلیمری ۲ بعدی باعث می‌شود این پروژه به اتمام برسد. این ماده دارای قابلیت هدایت کم یا کم کی و قابلیت انتقال حرارت بالا است.

ما در لایه گرافن پیچ‌وخم ایجاد می‌کنیم. این کار کمی شبیه به تولید کاردستی نانو اوریگامی است. این فناوری «استراتینترونیک» از مواد نانو به‌جای استفاده از الکترونیک استفاده می‌کند که می‌توانند فضای بیشتری را برای تراشه‌ها در هر دستگاهی در اختیار سازندگان بگذارد. همه کارهایی که قصد داشته باشیم با کامپیوتر انجام دهیم، با کوچک شدن گرافن، با سرعت بیشتری انجام می‌شوند.

نقشه راه بین المللی نیمه هادی، ترکیبی از توابع ذکر شده توسط دیکل را ذکر می‌کند که برای ایجاد نسل بعدی مدار‌های مجتمع ضروری است. آستین ایوانز، دانشجوی دکترا در آزمایشگاه دیکل، گفت:

در این پروژه، ما بر عملکرد حرارتی این دسته از مواد جدید تمرکز کردیم. این پروژه جالب است اما بسیار هیجان انگیز نیز است، ما فقط در حال کاوش در این مورد هستیم. ترکیبی بی‌نظیر از خواص مواد جدید پتانسیل فن‌آوری. به نظر می‌رسد افزایش عمر قانون مور یکی از آن‌ها باشد.

منبع: PhoneArena

۰

ارون گروپس

برچسب ها :

ناموجود
ارسال نظر شما
مجموع نظرات : 0 در انتظار بررسی : 0 انتشار یافته : 0
  • نظرات ارسال شده توسط شما، پس از تایید توسط مدیران سایت منتشر خواهد شد.
  • نظراتی که حاوی تهمت یا افترا باشد منتشر نخواهد شد.
  • نظراتی که به غیر از زبان فارسی یا غیر مرتبط با خبر باشد منتشر نخواهد شد.