تطور الشيبات الميكروية

مستخدم:Leen rihawi

ساهم بشكل رئيسي في تحرير هذا الموضوع

الشيبات الميكروية خلال العشرين السنة القادمة

تحوي جميع شيبة معالج من الطراز phenom X4 ما يقارب 758 مليون ترانزستور (شركة AMD).

في عام 1975 أعرب رائد الإلكترونيات <مور> تنبؤه الشهير بأن تعقيد شيبات الدارات المتكاملة يفترض أن يتضاعف جميع سنتين وأن تطورات التصنيع يفترض أن تمكن من جعل ترانزستورات الشيبة أصغر فأصغر بحيث إذا الإشارات الكهربائية يفترض أن تعبر مسافات أقصر لمعالجة المعلومات. وقد عنى مور <بما أصبح يعهد بقانون مور> حتى التجهيزات الحاسوبية يفترض أن تصبح أصغر وأسرع وأرخص . وبفضل الإبتكارات المتواصلة في تصميم أشباه الموصلات وتصنيعها , اتّبعت الشيبات على نحومدهش مساراً قريبا مما تسقطه مور قبل 35 عاما.

إلّا أنّ المهندسين عهدوا أنهم يفترض أن يصدمون بالواقع يوما ما, فسماكة الترانزستورات يفترض أن تصبح مساوية لحجم بضع عشرات من الذرات فقط وسوف تفرض قوانين الفيزياء الأساسية في سلم المقاسات ذاك قيوداً على التصغير وحتى قبل الإصطدام بالحائط ثمة مشكلتان مرشحتان للظهور فوضع ترانزستورات بالغة الصغر على مسافات من بعضها بالغة القصر مع الإستمرار بتحقيق إنتاجية عالية(أي نسبة شيبات سليمة إلى شيبات مرفوضة)يمكن حتى يصبح باهظ التكاليف والمشكلة الأخرى هي حتى الحرارة المتولدة من غابة الترانزستورات الكثيفة تلك يمكن حتى ترتفع حتى تبدأ بطبخ العناصر نفسها...

وعملا ظهرت هاتان العقبتان قبل سنوات عدة .فالسبب الرئيسي لاحتواء الحواسيب الشخصية الشائعة اليوم على شيبات (ثنائية النوى) أي معالجين صغريين بدلًا من معالج واحد والتي تسوّق بضجيج ترويجي كبير هوحتى وضع العدد المطلوب من الترانزستورات على شيبة واحد وتبريدها قد أصبح صعباً للغاية لذا قرّر مصمموالحاسوب وضع شيبتين أوأكثر إلى جانب بعضهما وبرمجتهما ليعملا معاً بالتوازي على معالجة المعلومات.

ويبدوأنه في نهاية المطاف لن يبقى ثمة متسع في قانون مور فكيف سيتابع المهندسون جعل المعالجات أكثر مقدرة،يا ترى؟ ثمة خياران لعمل ذلك هما الإنتنطق الى بنى حاسوبية بديلة واستمثال المواد النانوية التي يمكن تجميعها ذرة تلوأخرى .وثمة خيار آخر هواستمثال طرائق جديدة لمعالجة المعلومات من قبيل الحوسبة الكمومية والبيولوجية

مفاهيم مفتاحية:

قد يصبح من المحال قريبا تحقيق مزيد من التصغير في ترانزستورات شيبات الدارة المتكاملة . لذا ثمة حاجة إلى مواد وتصاميم بديلة كي يستمر أداء الشيبات بالتحسن.

يمكن للأسلاك النانوية والكرافين والجسيمات الكمومية والجزيئات الحيوية جميعاً حتى تنتج أجيالا جديدة من الشيبات أقوى بكثير من أفضل شيبات اليوم...

مواد دقيقة :أنابيب نانونية وتجميع ذاتي

طوال عقد من السنين نادى مختصون إلى التوجّه نحوالتقانة النانونية بوصفها حلاً لجميع أنواع المشاكل في الطب والطاقة وفي الدارات المتكاملة أيضا . ويجادل بعض المتحمسين لتلك التقانة في أنّ صناعة أشباه الموصلات التي تصنع الشيبات هي التي أوجدت تخصّص التقانة النانونية بابتكارها الترانزستورات المضطردة التضاؤل . إلاّ أنّ التسقط الأكبر هوأنّ التقنيات النانوية قد تمكّن المهندسين من تصميم جزيئات حسب الطلب.

فالترانزستورات المجمعة من أنابيب كربون نانونيةعلى سبيل المثال يمكن حتى تكون صغيرة جداً ... لقد خلق المهندسون لدى شركة IBM عملا دارة سيموس عادية باستخدام ركيزة ناقلة من أنابيب الكربون النانونية بدلاً من ركيزة السيلكون ويقوم الدكتور أبنزلر عضوفريق IBM والموجود حاليا بجامعة بوردوبابتكار ترانزستورات جديدة أصغر كثيراً من ترانزستورات السيموس المذكورة ويمكن حتى تستغل ركيزة الأنابيب النانونية الضئيلة على نحوأفضل .

إن ترتيب الجزيئات والذرات أيضا قد يحدث عويصاً خاصّة بوجود الحاجة إلى تجميعها بكميات كبيرة أثناء إنتاج الشيبات ولكن أحد حلول هذه المشكلة يكمن في الجزيئات التي تتجمع ذاتيا أخلطها معا ثم عرضها للحرارة أوالضوء (لقوى طرد مركزية) فترتب نفسها في أنماط يمكن تحديدها سلفا .

لقد استعرضت الشركة IBM طريقة لصنع دارات ذاكرة باستخدام بوليميرات مترابطة كيميائيا حين تدويم الجزيئات على سطح ركيزة سلكونية وتسخينها تمتط وتشكل بنية كبنية خلية نحل لاتزيد أقطار مساماتها على 20 نانومتر. بعدئذ يمكن حفر شكل الداراة في السيلكون لتكوين دارة ذاكرة بذلك الحجم.

ترانزستورات أسرع :الكرافين الفائق الرقة

تهدف فكرة التقليص المضطردة لأحجام الترنزستورات إلى تقليص المسافات التي يجب حتى تبترها الإشارات الكهربائية ضمن الشيبة بغية تسريع معالجة المعلومات. وثمة مادة نانونية معينة هي الكرافين يمكن حتى تعمل بسرعة كبرى بسبب طبيعة بنيتها .

تتكون معظم الشيبات المنطقية التي تعالج المعلومات من ترانزستورات المفعول الحقلي المصنوعة بتقانة السيموس. تخيل هذا الترانزستور على شكل بترة بسكويت مكونة من طبقة مستطيلة ضيقة مع طبقة من الألمنيوم أومؤخراً من البولي سيلكون فوقها وطبقة أكسيد عازل في الوسط وطبقة سيلكون شبه موصلة في الأسفل. إنّ الكرافين الذي يحل محل طبقة الأكسيد هوشكل حديث من جزيئات الكربون وهوصفيحة مستوية ذات أشكال سداسية متكررة تشابه أشكال شبكة أسلاك خم الدجاج ولكن سماكتها تساوي طبقة ذرية واحدة فقط . وبتكديس صفائح الكرافين بعضها فوق بعض , يتكون الكرافيت المعدني, المعروف لدينا (بالرصاص) ينقل الكرافين بصيغته البلورية النقية الإلكترونات بسرعة تفوق تلك التي تنقلها بها أي مادة اخرى عند درجة حرارة الغرفة , ومنها ترانزستورات المفعول الحقلي, ولا تفقد حوامل الشحنات فيه إلا مقداراً ضئيلا جداً من الطاقة نتيجة التبعثر والتصادم بذرات الشبكة, ولذا تكون الحرارة المهدورة المتولدة فيه أقل. لقد عزل الفهماء الكرافين بوصفة مادة مستقلة في عام 2004 أي إذا العمل به مازال في بداياته, ولكن الباحثين متيقنون من أنهم يفترض أن يتمكنون من خلق ترانزستورات كرافين عرضها يساويعشرة نانومترات فقط وارتفاعها يساوي ازدياد ذرة واحدة. وقد يحدث من الممكن حفر الكثير من الدارات في صفيحة كرافين ضئيلة واحدة.