منظور از لیتوگرافی در دنیای تراشه، فرآیند تولید و شکل‌گیری مدارات و قطعات آن است. لیتوگرافی ۱۴ نانومتری و مانند آن به فاصله‌ی بین اجزای روی تراشه اشاره می‌کند. لیتوگرافی ظریف‌تر باشد، توان مصرفی و عملکرد بهینه‌تری دارد.

در معرفی هر تراشه‌ی جدیدی اعم از انواع تراشه‌های کوآلکام، اپل و سامسونگ و همچنین محصولات اینتل، AMD و انویدیا، یکی از مهم‌ترین فاکتورها این است که لیتوگرافی تراشه چند نانومتری است. اما در ادامه می‌خواهیم ببینیم که وقتی می‌گویم تکنولوژی تولید تراشه‌ای ۲۰ نانومتری است، چه اهمیتی و چه اثری روی کارکرد و توان مصرفی آن دارد؟

نانومتر چیست؟

یک متر را به هزار بخش تقسیم کنید تا به میلی‌متر برسید، حال آن را ۱۰۰۰ برابر کوچک‌تر کنید تا به میکرومتر برسید. نانومتر ۱۰۰۰ برابر کوچک‌تر از میکرومتر است! به عبارت دیگر نانومتر ۱ میلیارد برابر کوچک‌تر از متر است.

هر تراشه‌ای از چندین لایه‌ی مختلف تشکیل شده که هر کدام جنسی خاص دارند. روی هم قرار دادن لایه‌هایی از جنس‌های مختلف به شکل‌گیری ترانزیستور و مدارات دیگر می‌انجامد. در تصویر زیر ۱۳ لایه‌‎ی مختلف تراشه‌های برودول-وای اینتل را مشاهده می‌کنید:

13 لایه‌ی مختلف در برودول-وای اینتل

13 لایه‌ی مختلف در برودول-وای اینتل

ترانزیستور در ساده‌ترین حالت دارای سه پایه است، وقتی به یکی از پایه‌ها سیگنالی داده شود، اجازه‌ی عبور جریان از طریق دو پایه‌ی دیگر صادر می‌شود. همین عبور کردن و عبور نکردن جریان به منزله‌ی صفر و یک است و دنیای دیجیتال کامپیوتر و تمام محصولات الکترونیکی از همین صفر و یک ساده شروع می‌شود.

نام دقیق پردازنده، مایکروپراسزور است چرا که در ابتدای شکل‌گیری تراشه‌‌ها، ابعاد تراشه و ترازیستورها در حدی که امروز می‌شناسیم نبود. شاید بهتر باشد به تراشه‌های امروزی نانوپراسروز بگوییم!

مایکروپراسزور متشکل از اجزایی با ابعاد نانومتر است

مایکروپراسزور متشکل از اجزایی با ابعاد نانومتر است

منظور از واژه‌ای مثل لیتوگرافی ۲۰ نانومتری این است که فاصله‌ی بین اجزای اصلی هر واحد پردازشی ۲۰ نانومتر است. دقت کنید که در این فاصله‌ی بسیار کم تنها ترانزیستور جای نگرفته بلکه اجزای دیگری هم در کنار آن قرار دارد که در نهایت عمل پردازش را ممکن می‌کند.

مزایای لیتوگرافی ظریف‌تر

همان طور که اشاره شد وقتی لیتوگرافی یک تراشه ظریف‌تر باشد، ترانزیستورهای بیشتری روی آن جا می‌شود و عملکرد آن ارتقا می‌یابد.

مقاومت کمتر یا بیشتر؟

با کم شدن فاصله‌ی بین اجزا، مقاومت مدارات کاهش پیدا می‌کند و توان مصرفی که بخشی از آن به خاطر تبدیل الکتریسیته به گرما در مقاومت هدر می‌رود، کاهش می‌یابد. البته باریک شدن مدارات داخلی تراشه یک عامل منفی است چرا که باریک شدن هر سیمی مقاومت آن را افزایش می‌دهد.

خازن و ترانزیستور سریع‌تر و کم‌مصرف‌تر

نکته‌ی دیگر به بخش‌های خازنی مربوط می‌شود، هر چه فاصله‌ی اجزا کمتر باشد، ظرفیت خازن کمتر شده و با فرکانس بالاتری می‌توان عمل سوییچ کردن را انجام داد. توان مصرفی ترانزیستور با ظرفیت خازن رابطه‌ی عکس دارد، از این رو معمولاً لیتوگرافی‌های جدید و پیشرفته‌تر منجر به تولید تراشه‌هایی با سرعت کلاک بالاتر و در عین حال توان مصرفی کمتر می‌شوند.

ترانزیستوری با ولتاژ کاری پایین‌تر

ترازیستوری که با لیتوگرافی ظریف‌تر تولید شده، با ولتاژ کمتری فعال می‌شود و توان مصرفی هم با مربع ولتاژ رابطه دارد. به همین جهت توان مصرفی ترانزیستور کاهش می‌یابد.

هزینه‌ی تولید

همه چیز به نفع سرعت کلاک بالاتر و توان مصرفی پایین‌تر است ولیکن یک مزیت بسیار مهم دیگر کاهش هزینه‌ی تولید است. در ابتدای توسعه‌ی یک لیتوگرافی پیشرفته‌تر احتمالاً هزینه‌ها چند برابر می‌شود چرا که دقت تجهیزات و روش‌های تولید متحول شده است ولیکن در ادامه موضوع بسیار مهم کاهش هزینه‌ی سیلیکون مورد نیاز است.

در تولید تراشه‌ها از مواد نیمه‌هادی مثل سیلیکون استفاده می‌شود که خلوص بسیار بالا یکی از خواص اصلی آنهاست. ویفرهای سیلیکونی به قطعات سیلیکونی با خلوص بسیار بالا گفته می‌شود که در نهایت به تراشه تبدیل می‌شوند. هزینه‌ی این ویفرها که طی فرآیندهای شیمیایی به خلوص بسیار بالا رسیده‌اند کم نیست و از این رو اگر بتوان تراشه‌ها را کوچک‌تر کرد و ترانزیستور بیشتری در مساحت برابر جای داد، هزینه‌ی کلی کاهش پیدا می‌کند.

لیتوگرافی ظریف‌تر همیشه هم بهتر نیست

روشن است که هر چه اجزا کوچک‌تر باشند، لیتوگرافی پیشرفته‌تر است و تراکم ترانزیستورها افزایش می‌یابد. وقتی بین تراشه‌های که مساحت یکسانی دارند مقایسه انجام می‌دهیم، تراشه‌ای بهتر است که لیتوگرافی ظریف‌تری داشته باشد. داشتن واحد‌های پردازشی بیشتر و حتی حافظه‌ی کش بیشتر یک مزیت بسیار مهم است. در تصویر زیر مقایسه بین لیتوگرافی ۲۲ نانومتری و ۱۴ نانومتری نشان می‌دهد که با مصرف ۵۴ درصد مساحت می‌توان به همان مقدار حافظه‌ی قبلی رسید:

لیتوگرافی 14 نانومتری و حافظه‌ی مجتمع بیشتر

لیتوگرافی ۱۴ نانومتری و حافظه‌ی مجتمع بیشتر

اما همیشه اینگونه نیست که تراشه‌ای با لیتوگرافی بهتر و پیشرفته‌تر، عملکرد بالاتری هم داشته باشد و حتی ممکن است توان مصرفی آن هم بهینه‌تر نباشد!

بهینه بودن طراحی واحد‌های پردازشی، طراحی پاور گیتینگ که در واقع واحد‌های پردازشی را فعال و غیرفعال می‌کند و همچنین سرعت کلاکشان را بالا و پایین می‌برد، ارتباط بین سطوح کش و واحد‌های پردازشی، ارتباط تراشه با حافظه‌ی رم و مواردی از این دست هم روی کارایی کلی یک تراشه موثر است.

بد نیست به مقاله‌ی بخش دانش‌نامه سری بزنید و با ابهامی که در مسأله‌ی تراکم ترانزیستور و اثر آن روی عملکرد وجود دارد، بیشتر آشنا شوید:

تعداد ترانزیستور چه ارتباطی با توان پردازشی تراشه دارد؟

تعداد ترانزیستور و تراکم آن در تراشه‌های اپل و اینتل چه ارتباطی با عملکرد تراشه دارد؟

یکی از روش‌های مقایسه‌ی تراشه‌های اینتل، ای‌ام‌دی و اپل و دیگران، استفاده از تعداد ترانزیستور و تراکم ترانزیستور در سطح چیپ است، اما اینکه این روش چه قدر درست است موضوع این مقاله است.

موضوع دیگر نشت ولتاژ است. هر چه لیتوگرافی ظریف‌تر می‌شود، احتمال نشت ولتاژ بیشتر می‌شود. تراشه‌ای که در حالت خاموش قرار دارد، باز هم کمی انرژی مصرف می‌کند. این انرژی نتیجه‌ی نشت ولتاژ است. البته نشت ولتاژ بسیار کوچک است و شاید در مقایسه با دنیای بزرگی که ما می‌شناسیم اصلاً مهم نباشد اما وقتی به دنیای میکروسکوپیک تراشه‌ها مسافرت کنیم، نشت بسیار کم هم مهم است.

وضعیت فعلی لیتوگرافی‌های مختلف

در حال حاضر مثل همیشه اینتل پیشتاز عرضه‌ی لیتوگرافی برتر است و برای تولید انبوه تراشه‌های مختلف دستاپ و لپ‌تاپ و همچنین موبایل با لیتوگرافی ۱۴ نانومتری گام بر‌می‌دارد که در بررسی Core M به آن اشاره شد.

سری Core M اینتل ویژه‌ی وسایل ترکیبی، تبلت و لپ‌تاپ

بررسی عمیق تراشه‌های Core M اینتل، ویژه‌ی وسایل ترکیبی

معماری Brodwell اینتل که قرار است جایگزین هسول شود، با خانواده‌ی Broadwell-Y یا همان Core M شروع شده است. پردازنده‌های برای وسایل تبدیل‌شونده که به بررسی عمیق آن می‌پردازیم.

سایر کمپانی‌ها از لیتوگرافی ۲۰ و ۲۸ نانومتری استفاده می‌کنند ولیکن به زودی سراغ لیتوگرافی ۱۶ نانومتری خواهند رفت.

تراشه‌های مختلف لیتوگرافی متفاوتی دارند

تراشه‌های مختلف لیتوگرافی متفاوتی دارند

لیتوگرافی چند تراشه‌ی مطرح را در جدول زیر ببینید:

لیتوگرافی چند تراشه‌ی معروف دنیای گوشی و تبلت

S810 یا اسنپ‌دراگن۸۱۰ کوآلکام ۲۰
S805 یا اسنپ‌دراگن۸۰۵ کوآلکام ۲۸
A8 اپل ۲۰
تگرا کی‌وان انویدیا (هر دو نسخه‌ی ۳۲ و ۶۴ بیتی) ۲۸
اکسینوس ۷ اکتا سامسونگ ۲۰
MT6795 مدیاتک ۲۸

قرار است در سال ۲۰۲۰ لیتوگرافی ۵ نانومتری و در سال ۲۰۲۸ لیتوگرافی ۱ نانومتری به مراحل تولید انبوه نزدیک شود. پس از آن احتمالاً سازندگان تراشه سراغ مواد جدید و روش‌های بهتر می‌روند و مباحثی مثل رایانش کوآنتومی که در حال حاضر هر از گاهی خبرهای آن را در فضای وب می‌بینیم جدی می‌شوند.

4 votes, average: 5٫00 out of 54 votes, average: 5٫00 out of 54 votes, average: 5٫00 out of 54 votes, average: 5٫00 out of 54 votes, average: 5٫00 out of 5 (4 نظر، امتیاز: 5٫00 از 5)
برای نظر دادن ابتدا باید ثبت نام کنید.
Loading...
لينک کوتاه:

FacebookTwitterGoogle


بيشتر بخوانيد:

دیدگاه بگذارید

اولین دیدگاه را بنویسید!

اطلاع از
wpDiscuz

تبلیغات

ویژه‌ها

تبلیغات

تبلیغات

×