تحديات تصعيد المجهزين بالمايكروسات المتناهية الصغر إلى تكنولوجيات نانوكال

Understanding Nanoscale Microprocessors

كما أن هذه الأجهزة المصغرة التي تُعدّ في كل مكان، هي دوائر متكاملة تُبنى بملامح مترجمة تقاس بالمناظر - بل مليارات مترية من المتر، وتُحدث أيضاً عمليات التدني التي لا تكلّف بالتنبؤ بها من قبل Moore ' s Law — أحجاماسيس من الميكترات إلى أدنى من 10 نم.

التحديات الرئيسية في تصعيد

1 - تيار الكينتوم واللياق

وعندما تكون أوكسيدات البوابة المترجمة سميكة فقط، يمكن للكهرباء أن تحفر خلال طبقة العزل حتى عندما يفترض أن يكون المتحول " غير موجود " ، فإن هذا النفق الكمي يخلق تيارات غير مرغوب فيها تُحدث طاقة النفايات وتولد الحرارة، ونظراً لأن طول البوابات ينخفض إلى أقل من 10 ميغاواط، فإن احتمال حدوث زيادة في النفق يزيد من سرعة الارتداد.

2 - تداول الحرارة وثبات الطاقة

(ب) نظراً لأن [المترجمون يحزمون أكثر كثافة، فإن الحرارة المتولدة عن كل منطقة ترتفع ارتفاعاً حاداً، ففي رقائق النانو، يمكن أن تتجاوز كثافة الطاقة نواة المفاعل النووي، حيث أن مصارف التبريد التقليدية - مصارف اللحوم والمعجبين - غير كافية، ويمكن أن تسبب البقع الساخنة في تآكل الأداء، وتدني درجة الارتباكة (المسجلة أعلاه).

3- التصنيع الدقيق واليلد

وتستلزم رقائق الصنع المتطورة ذات السمات دون 10 نم التحكم في العمليات القصوى، إذ يمكن أن تدمر جسيمات الغبار الواحدة عشرات من المترجمين التحريريين، كما أن التقنيات المتقدمة للرسم الليثيوزيائي مثل الليثيوزي المتطرفة توفر الحل اللازم، ولكن تكاليف المعدات تتجاوز 150 مليون دولار لكل أداة.

4- حالات التأخير في الاتصال والآثار الموازية

وفي حين أن رفع مستوى المترجمين يسرع المنطق، فإن الأسلاك التي تربطهم بمقياس لا يصلح، حيث أن التقاطعات السلكية تتقلص، وتزداد المقاومة، وتنمو الاشارات الأسقفية، مما يؤدي إلى تأخيرات في صناعة الاتصالات السلكية ذات النطاق المنخفض، ولكن يمكن أن يؤدي إلى حدوث مشاكل في الوصلات بين الأسلاك تكون باهظة التكلفة.

5- التغيُّر والاعتماد

وفي النانو الضيق، تصبح الاختلافات الصغيرة في مستوى الذري كبيرة، فالتقلبات في نطاق الدومن، وصعوبة خط الحافة، وتقلبات سميكة أكسيد الأوكسيد تتسبب في تحول عتبات من جهاز إلى آخر، وهذا التباين يجعل من الصعب ضمان هوامش التوقيت وميزانيات الطاقة عبر رقاقة، وعلى مر الزمن، فإن عدم الاستقرار في درجة الحرارة المتحيزة (BTI) وازدياد استخدام السيارات في الحقن، يجب أن يُصِّلَ من خلاله، وخطَه، وخطَه، وخطَه، وخطَه، وخطَه، وخطَه، وخطَه، وخطَه.

6 - القيود المادية

S[Filicon has been the workhorse of microelectronics for decades, but at the nanoscale its properties become limiting. Electron mobility degrades in little silicon channels, and the bandgap narrowage, increasing leakage. After years of research, the industry has turned to strained silicon, silicongermanium channels (Siduct

الاتجاهات الحالية للحلول والبحوث

التقنيات المتقدمة في مجال علوم الفيزياء

وقد مكّنت الجيل القادم من خطوط الأنابيب العالية جداً (الإنارة النيجيرية) من دفع التسوية إلى 1 ميلاً أو أقل، وفي الوقت نفسه، فإن التقنيات المتعددة الأطقم (التكرار الذاتي المزدوج، والنمط الرباعي) تسمح بالأدوات الحالية بطباعة سمات الغرامة، وإن كانت ذات تكلفة وتعقيد أعلى.

مواد القناة الجديدة

For the 3 nm and 2 nm nodes, [[------------------------]gateallround (GAA) field —effect transist of[Flart:1]] using stacked nanosheets of iliconulT analyses are replaced finFETs. GAA structures provide better electrostatic control and reduced leakage.

3D Integration and Chiplet Designs

فبدلاً من توسيع نطاق المترجمين الأصغر حجماً، تقوم بعض الشركات بضرب عدة مرات بالموت الرأسي - 3D integration] - باستخدام بعض أجهزة الوجبات الخفيفة ذات الصلة بالشبكة، والربط الهجيني، وهذا النهج يقلل من طول الوصلات، ويحسن النطاق الترددي، ويمكن أن يخلط بين تكنولوجيات العمليات المختلفة (مثل مجموعة مواد الكيمياء الرقمية).

كمبيوتر الكمي وما بعده

وفي حين أن التوسع التقليدي يواجه تراجعا في العائدات، فإن هذه التكنولوجيات الحديثة الافتراضية التي لا تتحول بكفاءة، والتي تستخدم في استخدام تقنيات التبديل غير التقليدية، والتي لا تُستخدم في الوقت نفسه، كما أن هذه الوسائل التي تتبع مسارات التقلبات العصبية، لا تُستخدم في معالجة مشاكل معينة أسرع من ذلك، كما أن أجهزة التبريد الكميائية تتطلب استخداماً كثيفاً في صناعة التصريف، أو في الظواهر التراكمية غير الدقيقة.

مستقبل أجهزة تصنيع صغيرة نانوكال

وتقترح خريطة الطريق الدولية للأجهزة والنظم أن يمتد نطاق نظام الاتصالات السلكية التقليدية إلى أعلى من الرقم القياسي 1، وربما بحلول عام 2030، وبعد ذلك، سيعتمد التقدم على الابتكار في المواد، والتغليف المتقدم، والتحسينات المعمارية، ويمكن أن نرى [النظام المختلط]] التكامل المتجانس حيث توجد رقائق مصممة على مواد مختلفة

ومن الاتجاهات الواعدة استخدام ] " الغطاء الحرجي " (NC-FETs) التي تستخدم طبقة خصبة لتضخم مجموعة البوابات، مما يتيح قدراً أقل من الكم من الامدادات ويخفض من الطاقة، وثمة اتجاه آخر يتمثل في اعتماد محركات التعبئة - المضخات المصنَّفة - التي تُصنَّع كقطعة واحدة (مثلاً).

خاتمة

وقد حقق ارتفاع حجم المعالجات الدقيقة إلى النطاق النانوقي مكاسب غير عادية في الأداء والكفاءة، ولكن الرحلة محفوفة بالعقبات، إذ أن النفق الكمي، والتفكيك الحراري، والدقة الصناعية، والتأخيرات في المقارنة بين الأجهزة، والقابلية للتغير، والقيود المادية، قد تضاعف جميعها مع انخفاض الأبعاد إلى بضعة بلايين من المتر، وتستجيب الصناعة لمجموعة أدوات جديدة: