بوابتك الى العملات الرقمية

IBM : الحيلة لشريحة كمبيوتر أكثر قوة؟ الاصطفاف عمودياً 2022 .

6

تتدفق الإلكترونات عادةً عبر الترانزستورات بالتوازي مع سطح الرقاقة ، ولكن ماذا لو وضعت الترانزستورات جانبياً هنا كانت حيلة IBM .

تستمر قدرات أجهزة الكمبيوتر والهواتف الذكية الحديثة في النمو ، وتزداد سرعة وكفاءة مع كل طراز ، ويرجع ذلك إلى حد كبير إلى أن الشرائح الدقيقة الصغيرة التي تشغلها تتطور بمعدل غير مسبوق. كما يتنبأ قانون مور ، من المفترض أن يتضاعف عدد الترانزستورات التي يمكن أن تحملها رقاقة إلكترونية تعمل بالطاقة كل عامين. يعني المزيد من الترانزستورات رقاقات أسرع قادرة على إجراء المزيد من العمليات الحسابية ، لكن تحقيق ذلك دون تغيير حجم الرقائق يثير قلق مهندسي الكمبيوتر بشأن نفاد المساحة.

ما هو النهج الذي استعملته IBM ؟

لكن لدى IBM نهجًا جديدًا: من خلال تدوير الترانزستورات الفردية – اللبنات الأساسية للرقائق التي تتحكم في الإشارات الكهربائية أو تضخمها – للاصطفاف عموديًا على شريحة بدلاً من أفقيًا ، يمكن للمهندسين حزم الكثير منها في مساحة معينة.

قالت شركة IBM في بيان صحفي هذا الأسبوع حول تصميم معماري جديد للرقاقة: “تاريخياً ، تم بناء الترانزستورات لتكون مستوية على سطح أشباه الموّصِلات ، حيث يتدفق التيار الكهربائي بشكل جانبي ، أو جنباً إلى جنب ،” سيقدمون أيضا غدا في الاجتماع الدولي للأجهزة الإلكترونية لعام 2021 . “باستخدام ترانزستورات تأثير مجال النقل العمودي الجديدة ، أو VTFET ، نجحت شركة IBM و Samsung في تنفيذ ترانزستورات تم إنشاؤها بشكل عمودي على سطح الشريحة باستخدام تدفق تيار رأسي أو صعودًا وهبوطًا.”

لفهم سبب احتمال أن تكون هذه مشكلة كبيرة بالنسبة لتكنولوجيا أشباه الموّصِلات ، من المنطقي التركيز أولاً على الترانزستورات الفردية للحظة. يقول Hemanth Jagannathan ، الباحث في شركة IBM : “الحمض النووي لأي تقنية للأجهزة هو الترانزستور”. يمكن لمليارات من الترانزستورات أن تغطي سطح رقاقة السيليكون ، ويتم تجميع هذه الرقائق معًا لصنع رقاقة دقيقة .

راجع ايضاً : قد تكون وحدات معالجة الرسومات الجديدة من AMD أخبارًا جيدة للاعبين – و لعمال التشفير 2022

يحتوي الترانزستور القياسي النموذجي الموجود بشكل شائع في الإلكترونيات على ثلاث محطات طرفية : المصدر ، البوابة ، الصرف. التيار (وهو تيار من الإلكترونات) يتدفق من المصدر إلى الصرف. تتحكم البوابات في تدفق التيارات وتحدد حالة الترانزستور. عندما يتم تطبيق الجهد على البوابة ، يتم تشغيل الترانزستور و في الحالة 1. عندما لا يتدفق تيار بين المصدر والصرف ، تكون الحالة 0. بالإضافة إلى ذلك ، يحتاج ترانزستوران منفصلان إلى منطقة بينهما لعزلهما ومنعهما من التدخل فيما بينهم ، ويتم ذلك بالبوابات الوهمية.

ثم هناك مفهوم يسمى “خطوة البوابة المتصلة” وهي المسافة المادية المطلوبة لتناسب جميع مكونات الترانزستور. يقول جاغاناثان: “هذه متطلبات هيكلية أساسية للغاية ، ويمكنك التفكير في جدارين صلبين وعليك أن تلائم البوابة والفاصل والمنطقة للتلامس ضمن ذلك”. تستمر الجدران في الانغلاق ، ولكن في مرحلة ما ، لا يمكن أن تقترب دون التضحية بالوظائف.

الابتكارات الترانزستور السابقة مثل FinFETs و nanosheets ، لها باب، والمصدر، واستنزاف على نفس الدارة. مع التصميم الرأسي ، تتكدس هذه الهياكل بشكل أساسي فوق بعضها البعض ، على الرقاقة. بالإضافة إلى ذلك ، لا تحتاج الترانزستورات العمودية إلى بوابة وهمية – فهي تستخدم بدلاً من ذلك شيئا يسمى عزل الخندق  ، والذي يحافظ على المساحة.

كما أنها تقلب اتجاه تدفق التيار ، الذي لا يزال يتدفق من المصدر إلى المصرف ، ولكنه الآن عمودي على سطح الرقاقة بدلاً من أن يكون متوازيًا.

يقول جاغاناثان: “من خلال القيام بهذا التغيير ، يمكنك الآن تغيير طول البوابة ، وسمك المباعد ، وجهات الاتصال بشكل مستقل”. “نظرًا لأنك قادر على التحرك عموديا وتجميع هذه الترانزستورات بشكل أقرب معا ، يمكنك الآن الحصول على المزيد من الترانزستورات في منطقة معينة.”

قدر Huiming Bu ، نائب رئيس أبحاث التكنولوجيا السحابية الهجينة في شركة IBM ، أنه مقارنة بأفضل تقنية ترانزستور ثلاثية الأبعاد اليوم (مثل FinFET) ، يمكن أن تسمح VTFET لهم بضغط ما يصل إلى خمسة أضعاف الترانزستورات في شريحة من نفس الحجم. هذا مفيد في التطبيقات التي يكون فيها حجم الشريحة ثابتًا.

في الاختبار ، مقارنة بجهاز FinFET من نفس المقياس ، تدعي شركة IBM أنها لاحظت انخفاضاً بنسبة 50 بالمائة في السعة والمقاومة ، مما قلل من استخدام الطاقة بنسبة 85 بالمائة. سيستمر الفريق في مراقبة مقاييس الأداء مثل المقاومة في الجهاز التي تحدد مدى سهولة تدفق التيارات إلى الداخل والخارج ، وكذلك مدى سرعة إيقاف تشغيل الترانزستور و تشغيله ، والعزل بين المصدر و الصرف.

تم إصلاح تصميم الترانزستور مراراً وتكراراً على مدار الثمانين عاماً الماضية. تم تحسين نموذج FinFET بناءً على تصميم يسمى MOSFET من الستينيات. قبل بضع سنوات ، جعلت بنية تسمى الصفيحة النانوية مع بوابة حول الترانزستور الأجهزة أقل تسريباً.

يقول بو: “ابتكار أشباه الموّصلات صعب للغاية”. “يستغرق سنوات عديدة.”

على سبيل المثال ، أشار إلى أن بوابات High-K المعدنية استغرقت 16 عاماً للوصول إلى مرحلة التصنيع. FinFET ، كمثال آخر ، استغرقت الصناعة حوالي 14 عاماً للوصول إلى التصنيع. لم تصل ورقة النانو ، التي لا تزال العديد من المجموعات تعمل فيها ، إلى مرحلة التصنيع بعد ، ولكن من المتوقع أن تصل في العامين المقبلين. بعد ذلك ، سيستغرق الأمر حوالي 14 عاماً أخرى حتى يتم إدخاله في الأجهزة الإلكترونية اليومية.

يقول بو: “نحن نتحدث عن [VTFET] اليوم ، وليس بعد عامين من الآن ، لأن هذا الابتكار يمثل اختراعاً مهماً للغاية”. “نحن نطلب من الصناعة إلقاء نظرة على هذا العرض التكنولوجي الجديد وتمكين عمليات أفضل و أدوات تصميم أفضل حول هذا الابتكار ، بحيث يمكن لمجتمعنا حقاً الاستفادة من هذه الميزة التقنية في غضون خمس إلى ثماني سنوات.”

المصدر : popsci.com

اترك رد

لن يتم نشر عنوان بريدك الإلكتروني.