جزئيات تراشههاي ۳ نانومتري TSMC منتشر شد: ۲۵۰ ميليون ترانزيستور در هر ميليمترمربع
شركت صنايع نيمه‌رساناي تايوان موسوم‌به TSMC سال‌ها است كه در زمينه‌ي توليد تراشه براي شركت‌هايي نظير اپل، كوالكام و هواوي فعاليت مي‌كند؛ درواقع TSMC طراحي مدانديشه متخصصين را از اين شركت‌ها دريافت و سپس محصول نهايي را به‌مرحله‌ي توليد مي‌رساند. فرقي ندارد كه طراحي تراشه‌ي موردمباحثه توسط چه شركتي ارائه شده باشد؛ قانوني مهم درمورد همه‌ي آن‌ها صدق مي‌كند: هرچه تعداد ترانزيستورهاي داخل تراشه بيشتر باشد، تراشه‌ي موردمباحثه قدرت پردازشي بيشتر و مصرف انرژي كمتري دارد.
در رابطه با تراشه‌ها معياري با نام ليتوگرافي يا نود پردازشي (Process Node) مطرح مي‌شود. ليتوگرافي به شمار ترانزيستورهايي مربوط است كه شركت‌هاي توليدي مي‌توانند آن‌ها را در فضاي خاصي از تراشه‌ها، جاي دهند؛ مساحت فضايي كه ترانزيستورها در آن جاي مي‌گيرند معمولا در واحد ميليمترمربع (mm۲) بيان مي‌شود. تراكم ترانزيستورهاي موجود در تراشه‌هايي نظير A13 Bionic اپل و اسنپدراگون ۸۶۵ كوالكام و كرين ۹۹۰ 5G هواوي كه امروزه با اتكا بر ليتوگرافي ۷ نانومتري ساخته مي‌شوند، معادل تقريبا ۱۰۰ ميليون ترانزيستور در هر ميليمترمربع است.
ليتوگرافي پردازنده‌ها قرار است تا چه زماني روند كوچك‌تر شدن را ادامه دهد؟ تراشههاي ۳ نانومتري به‌صورت اوليه در سال آينده‌ي ميلادي توليد خواهند شد. درضمن اخباري ديگر مدعي شده‌اند كه AMD قصد دارد به‌زودي تراشههاي ۵ نانومتري بسازد.
تراكم ترانزيستورها در ليتوگرافي ۳ نانومتري حدودا ۳/۶ برابر تراكم آن‌ها در ليتوگرافي ۷ نانومتري است
تراكم يادشده به اپل امكان داده است ۸/۵ ميليارد ترانزيستور را در سيستم-روي-چيپ قدرتمند A13 جاي دهد. همچنين هواوي توانسته است با استفاده از ليتوگرافي ۷ نانومتري EUV كه متعلق به TSMC است در هر ميليمترمربع از تراشه‌ي قدرتمند كرين ۹۹۰ 5G، به‌طور ميانگين ۹۰ ميليون ترانزيستور قرار دهد تا تعداد نهايي آن‌ها در تراشه به ۱۰/۳ ميليارد عدد برسد. ناگفته نماند كه اين تراشه داراي اندازه‌ي ۱۱۳/۳۱ ميليمترمربع است.
تراشههاي مبتني‌بر ليتوگرافي جديد ۵ نانومتري شامل ۱۷۱/۳ ميليون ترانزيستور در هر ميليمترمربع خواهند بود. براساس گفته‌هاي سي‌سي وي، مدير اجرايي ارشد TSMC، اين شركت توليد انبوه ليتوگرافي ۵ نانومتري را آغاز كرده است. ظاهرا TSMC انتظار دارد ميزان توليد تراشههاي ۵ نانومتري در نيمه‌ي دوم سال جاري ميلادي به‌شكلي سريع افزايش پيدا كند. همچنين مدير اجرايي ارشد TSMC گفته است كه اين شركت انتظار دارد بتواند ۱۰ درصد از كل درآمد امسالش را از طريق تراشههاي ۵ نانومتري به‌دست بياورد. سي‌سي وي همچنين مي‌گويد ليتوگرافي ۵ نانومتري TSMC قرار است همچون ليتوگرافي‌هاي پيشين نظير ۷ نانومتري، ۱۶ نانومتري و ۲۸ نانومتري براي مدت‌زماني طولاني در بازار حضور داشته باشد.
هرچه تعداد ترانزيستورها بيشتر باشد، تراشه قدرت پردازشي بيشتر و مصرف انرژي كمتر دارد
اگر اپل تراشه‌ي A14 Bionic را با اتكا بر ليتوگرافي ۵ نانومتري توليد كند، خواهد توانست مجموع ۱۵ ميليارد ترانزيستور را در آن جاي دهد. تراشه‌ي A13 با ۸/۵ ميليارد ترانزيستور در زمينه‌ي پردازشي هيولايي بي‌شاخ‌و‌دم است و عملكردي فوق‌العاده از خود نشان مي‌دهد. حال تصور كنيد كه A14 با ۱۵ ميليارد ترانزيستور چه قدرتي در زمينه‌ي پردازش وظايف مختلف خواهد داشت. گفته مي‌شود عملكرد تراشههاي مبتني‌بر ليتوگرافي ۵ نانومتري نسبت‌به تراشههاي ۷ نانومتري به‌ميزان ۱۰ تا ۱۵ درصد افزايش پيدا خواهد كرد. به‌علاوه تراشههاي ۵ نانومتري بين ۲۵ تا ۳۰ درصد كم‌مصرف‌تر از ۷ نانومتري‌ها خواهند بود.
قانون مور كه نخستين بار توسط يكي از بنيان‌گذاران اينتل با نام گوردون مور در سال ۱۹۶۵ ارائه شد، قانوني جالب است كه ادعا مي‌كند تعداد ترانزيستورها در مدارهاي مجتمع، هرسال دو برابر مي‌شود. در دهه‌ي ۱۹۷۰ ميلادي گوردون مور بازنگري مهمي در انديشه متخصصينيه‌ي خود مطرح كرد و و دوره‌ي زماني دو برابر شدن تراكم ترانزيستورهاي تراشه‌ها را به دو سال افزايش داد. بسياري از مردم مدعي شده‌اند كه امروزه بايد قانوني جديد با قانون مور جايگزين شود؛ اين افراد مي‌گويند نرخ افزايش تراكم ترانزيستورها به‌شكل شگفت‌انگيزي در حال افزايش است و قانون مور، ديگر صدق نمي‌كند. از زمان مطرح شدن مور، گاهي اوقات شاهد نقض شدن اين قانون بوده‌ايم؛ اما مفهوم كلي قانون مور همچنان برقرار است.
هرچه زمان مي‌گذرد با كوچك‌تر شدن ليتوگرافي پردازنده‌ها، تراكم ترانزيستورهاي به‌كاررفته در آن‌ها افزايش مي‌يابد
امروزه سامسونگ و TSMC به‌شدت در حال تلاش هستند تا بتوانند هرچه زودتر خطوط توليد كارخانه‌هاي خود را براي ساخت تراشههاي مبتني‌بر ليتوگرافي ۳ نانومتري راه بيندازند. هر دو شركت مدتي پيش اعلام كردند كه همه‌گيري ويروس كرونا و تعطيلي كارخانه‌ها باعث شده است تاريخ عرضه‌ي تراشههاي ۳ نانومتري به‌تعويق بيافتد. براساس ادعاهاي مطرح‌شده از سوي رسانه‌ي ويكي‌چيپ، تراشه‌هايي كه با ليتوگرافي ۳ نانومتري TSMC ساخته خواهند شد، با مصرف ۱۵ درصد انرژي كمتر، قدرت پردازشي ۵ درصد بهتري نسبت‌به ليتوگرافي ۵ نانومتري از خود ارائه خواهند داد.
افزون بر اين موارد گفته مي‌شود كه تراكم ترانزيستورها روي تراشههاي ۳ نانومتري با رشدي ۱/۷ برابري به ۲۵۰ ميليون در هر ميليمترمربع خواهد رسيد كه در نگاه اول، شگفت‌انگيز است. ظاهرا TSMC قصد دارد توليد اوليه و غيرانبوه تراشههاي ۳ نانومتري را در سال ۲۰۲۱ به‌صورت رسمي آغاز كند. ظاهرا برخي از مشتريان TSMC از اين شركت درخواست كرده‌اند بدون مطالعه دقيق و عيب‌يابي نمونه‌هاي اوليه، هرچه سريع‌تر تراشه‌ي ۳ نانومتري را به دست‌شان برساند. حجم توليدات تراشههاي ۳ نانومتري در نيمه‌ي دوم سال ۲۰۲۲ افزايش پيدا خواهد كرد و احتمالا TSMC نهايتا در سال ۲۰۲۳ فرايند توليد انبوه اين تراشه‌ها را شروع مي‌كند. گزارشي جديد به‌نقل از منابع غيررسمي مدعي شده است كه به‌دليل بحران فعلي حاكم بر جهان به‌دليل همه‌گيري كوويد ۱۹، سامسونگ نيز تصميم گرفته است افزايش حجم توليد تراشههاي ۳ نانومتري را از ۲۰۲۱ به ۲۰۲۲ به‌تعويق بياندازد.
TSMC احتمالا توليد اوليه و محدود تراشههاي ۳ نانومتري را در سال ۲۰۲۱ آغاز مي‌كند
سامسونگ و TSMC قصد دارند رويكردي متفاوت نسبت‌به يكديگر براي توليد تراشههاي ۳ نانومتري در پيش بگيرند. TSMC از فناوري خود براي توليد تراشههاي ۳ نانومتري با نام N3 ياد مي‌كند. ظاهرا اين شركت در پي استفاده از ترانزيستورهاي FinFET در فناوري N3 براي توليد تراشههاي ۳ نانومتري است.
سي‌سي وي گفته است كه فناوري N3 گام بزرگ مهمي براي TSMC به‌شمار مي‌آيد و تراشه‌هايي مي‌سازد كه تفاوت‌هايي عمده با تراشههاي ۵ نانومتري خواهند داشت. ناگفته نماند ترانزيستورهاي داراي FinFET از اين فناوري براي كنترل بهتر جريان و ولتاژ برق در مدار بهره مي‌گيرند. از طرفي گفته مي‌شود سامسونگ ديگر قصد استفاده از ترانزيستورهاي FinFET را ندارد و خودش را براي استفاده از فناوري MBCFET (مخفف Multi-Bridge-Channel FET) آماده مي‌كند. تراشههاي ۳ نانومتري سامسونگ در مقايسه با تراشههاي ۷ نانومتري امروزي ۳۵ درصد عملكرد پردازشي بهتر و ۵۰ درصد مصرف انرژي كمتري خواهند داشت.
آيفون ۱۲ اپل احتمالا نخستين موبايل دنيا با تراشه‌ي مبتني‌بر ليتوگرافي ۵ نانومتري خواهد بود
MBCFET از نوعي فناوري ويژه با نام Gate All Around (يا GAA) استفاده مي‌كند؛ كاركرد دقيق اين فناوري بسيار پيچيده و در سطح تخصصي است، اما نتيجه‌اي كه به‌دنبال مي‌آورد كوچك‌تر و قدرتمندتر شدن ترانزيستورها براي استفاده در تراشه‌ها است. يكي از مديران اجرايي سامسونگ، ادعاهاي جالبي مطرح كرده است؛ او مي‌گويد سامسونگ در زمينه‌ي استفاده از فناوري GAA به‌ميزان حدودا ۱۲ ماه جلوتر از TSMC است. از طرفي طبق گفته‌ي اين مقام اجرايي، اينتل در حدود ۲ تا ۳ سال پشت سر سامسونگ قرار دارد و فعلا نمي‌تواند به اين شركت برسد. سامسونگ مي‌گويد فناوري GAA عصر تازه‌اي از فعاليت‌هاي اين شركت در حوزه‌ي توليد تراشه را آغاز مي‌كند.
فراموش نكنيد پيش از رسيدن به تراشههاي ۳ نانومتري، بايد منتظر عرضه‌ي دستگاه‌هايي باشيم كه از تراشههاي مبتني‌بر ليتوگرافي ۵ نانومتري استفاده مي‌كنند. اگر همه‌چيز طبق برنامه پيش برود، موبايل‌هاي خانواده‌ي آيفون ۱۲ اپل كه احتمالا مجهز به فناوري 5G خواهند بود، از تراشه‌اي ۵ نانومتري بهره خواهند گرفت؛ تراشه‌اي كه فعلا از نام غيررسمي A14 Bionic براي آن استفاده مي‌شود. اين يعني احتمالا موبايل آيفون ۱۲ نخستين موبايل دنيا با تراشه‌ي ۵ نانومتري خواهد بود. اگر ويروس كرونا برنامه‌هاي اپل را تغيير ندهد، موبايل‌هاي خانواده‌ي آيفون ۱۲ اواخر شهريور امسال معرفي خواهند شد و در پاييز در دسترس قرار خواهند گرفت. درضمن گفته مي‌شود موبايل‌هاي خانواده‌ي ميت ۴۰ هواوي قرار است نخستين دستگاه‌هاي اندرويدي مجهز به تراشه‌ي ۵ نانومتري باشند.
شما متخصصان اخبار تخصصي، علمي، تكنولوژيكي، فناوري مرجع متخصصين ايران چه انديشه متخصصيناتي درمورد تراكم زياد ترانزيستورها در تراشههاي مبتني‌بر ليتوگرافي ۳ نانومتري داريد؟
هم انديشي ها