IBM موفق به ساخت تراشه کوچک‌تر از ۱ نانومتر شد

ما تصور می‌کردیم تراشه‌های رایانه‌ای دیگر جایی برای کوچک‌تر شدن ندارند، اما IBM مسیر تازه‌ای پیدا کرد.

در یک دستاورد مهم، شرکت IBM از نخستین فناوری نیمه‌رسانای جهان مبتنی بر فرایند ساخت کوچک‌تر از ۱ نانومتر رونمایی کرد. برای درک بهتر این موضوع، ویژگی‌های ترانزیستوری این فرایند از عرض یک رشته DNA نیز کوچک‌تر هستند؛ عرض DNA حدود ۲٫۵ نانومتر است. خود تراشه تقریباً به اندازه یک ناخن بوده، اما نزدیک به ۱۰۰ میلیارد ترانزیستور را در خود جای داده. IBM پیش‌بینی می‌کند که این فناوری طی حدود پنج سال آینده وارد بازار شود.

این شرکت در بیانیه‌ای اعلام کرد که تراشه جدید تقریباً دو برابر بیشتر از تراشه ۲ نانومتری معرفی‌شده در سال ۲۰۲۱ تراکم ترانزیستوری دارد. همچنین براساس گزارش فنی منتشرشده همراه این پروژه، این تراشه توانسته تا ۷۰ درصد بهره‌وری انرژی بیشتری نسبت به نسل قبلی خود ارائه دهد.

پژوهشگران برای توسعه این فناوری، معماری کاملاً جدیدی برای ترانزیستورها طراحی کرده‌اند که نانواستک نام دارد. در این روش، ترانزیستورها به‌صورت عمودی روی یکدیگر قرار گرفته و با آرایشی پلکانی چیده می‌شوند تا فناوری ۰.۷ نانومتری IBM امکان‌پذیر شود.

جی گامبتا، مدیر بخش پژوهش‌های IBM، در توضیح این فناوری گفت که با معماری جدید نانواستک، هدف فقط کوچک‌تر کردن ترانزیستورها نیست، بلکه کل شیوه ساخت تراشه‌ها از نو تعریف شده تا توان پردازشی بسیار بیشتر و بهره‌وری انرژی چشمگیری فراهم شود.

هوی‌مینگ بو، معاون بخش تحقیقات فناوری سیلیکون IBM، نیز در گفت‌وگویی با Gizmodo اظهار داشت که طی بیش از دو دهه فعالیت خود در صنعت نیمه‌رسانا بارها شنیده که روند کوچک‌سازی به انتهای مسیر رسیده است. او افزود که تجربه نشان داده پیشرفت متوقف نمی‌شود و تنها به یک رویکرد و الگوی جدید نیاز دارد.

نیمه‌رساناها زیربنای عملکرد دستگاه‌هایی مانند رایانه‌ها، لوازم خانگی، تجهیزات ارتباطی و سامانه‌های حمل‌ونقل هستند. در سال ۱۹۶۵، گوردون مور، یکی از بنیان‌گذاران اینتل، پیش‌بینی کرد که ظرفیت ترانزیستورهای موجود روی تراشه‌ها با روندی منظم و قابل پیش‌بینی افزایش خواهد یافت. بر اساس این فرضیه که بعدها به قانون مور مشهور شد، تعداد ترانزیستورهای موجود روی یک تراشه تقریباً هر دو سال یک بار دو برابر می‌شود. این روند برای سال‌ها ادامه داشت، اما در نهایت با محدودیت‌های فیزیکی روبه‌رو شد.

در مطلبی که از سوی آزمایشگاه علوم رایانه و هوش مصنوعی Massachusetts Institute of Technology منتشر شده، آمده است که قانون مور هرگز قرار نبود برای همیشه دوام داشته باشد. ترانزیستورها تنها تا حد مشخصی می‌توانند کوچک شوند و پس از آن قوانین بنیادین فیزیک مانع ادامه این روند خواهند شد.

به همین دلیل، با تلاش شرکت‌ها برای فشرده‌سازی تعداد بیشتری ترانزیستور در فضای کوچک‌تر، دستیابی به پیشرفت‌های تازه در فناوری ترانزیستور دیگر در بازه‌های دو ساله امکان‌پذیر نیست. چارلز لیزرسون، دانشمند علوم رایانه در MIT، در همان مطلب توضیح داد که قانون مور دست‌کم در سال ۲۰۱۶ به پایان رسیده. در نتیجه، اکنون تمرکز اصلی بر این است که پیشرفت عملکرد تراشه‌ها چگونه می‌تواند در یک چشم‌انداز بلندمدت ادامه پیدا کند. ویلی شی، اقتصاددان دانشکده کسب‌وکار Harvard Business School، نیز در توضیحی جداگانه به همین موضوع اشاره کرده است.

از این منظر، تازه‌ترین تراشه IBM تلاشی خلاقانه برای عبور از محدودیت‌های کوچک‌سازی فیزیکی به شمار می‌رود. در این فناوری، دو ویفر که هر کدام دارای ترانزیستورهای نوع نانوشیت هستند، مانند یک ساندویچ روی هم قرار می‌گیرند و به یکدیگر متصل می‌شوند. این ساختار امکان ایجاد دو لایه عمودی از ترانزیستورها را فراهم می‌کند. هوی‌مینگ بو در نشست خبری مربوط به این تراشه توضیح داد که ارزیابی‌های فنی نشان می‌دهند روش روی‌هم‌گذاری ویفرها از انعطاف‌پذیری و مقیاس‌پذیری کافی برخوردار است و می‌تواند از محاسبات واقعی و کاربردی پشتیبانی کند.

با وجود این، فناوری جدید هنوز برای تولید انبوه آماده نشده. هدف IBM این است که ظرف پنج سال آینده آن را به مرحله تولید برساند، اما همچنان چالش‌هایی باقی مانده است. برای نمونه، بو اشاره کرد که تیم تحقیقاتی هنوز روی روش‌هایی برای کنترل نویز حرارتی و همچنین سازگاری این فناوری با سامانه‌های موجود در حوزه رایانش با عملکرد بالا کار می‌کند.

گامبتا نیز در پایان نشست خبری اظهار کرد که امیدوار است این فناوری همانند تراشه ۲ نانومتری IBM به موفقیت بزرگی دست پیدا کند و به بستری استاندارد برای صنعت تبدیل گردد. او افزود که با گسترش هوش مصنوعی و همچنین رشد رایانش کلاسیک، میزان تقاضا و مصرف توان پردازشی همچنان رو به افزایش است و این روند هر روز پررنگ‌تر می‌شود.