همه‌چیز درباره پردازنده‌های نانومتری و ساخت CPU

اگر شما هم از علاقه‌مندان دنیای پردازنده و سخت افزار هستید، حتماً عبارت‌هایی مانند «فرآیند ساخت»، «نود 7 نانومتری» و «پردازنده 10 نانومتری» به گوشتان خورده است. اما واقعاً فرآیند ساخت پردازنده‌ها و تراشه‌ها چگونه است؟ آیا این چند نانومتری بودن یک حقه‌ی تبلیغاتی است یا ملاکی مستحکم برای سنجش تراشه‌ها؟ چرا کوچک‌تر بودن این عدد مهم است؟ در ادامه با سفری به درون تراشه‌ها و پردازنده‌ها به تمام این سوال‌ها پاسخ خواهیم داد. 

در دنیای تراشه‌های کامپیوتری معمولاً هر چه اعداد مربوط به مشخصات یک چیپ بزرگتر باشد، نشان از قدرت و سرعت بالاتر آن دارد. برای مثال تعداد هسته‌های بیشتر، فرکانس بالاتر و حافظه‌ی نهان (Cache) بزرگ‌تر، این‌ها همه نشانه‌های یک پردازنده‌ی قدرتمند و توانا هستند. اما یک معیار دیگر در مورد تراشه‌های نیمه‌هادی وجود دارد که همواره موجب بحث و حتی سردرگمی کاربران می‌شود و نکته‌ی جالب این معیار آن است که بر خلاف دیگر مشخصات، هر چه عدد آن کوچک‌تر باشد بهتر است.

این عدد با نام‌های بسیاری از قبیل «تکنولوژی تولید»، «فناوری ساخت»، «نود پردازشی» یا حتی «نود» (Node) شناخته می‌شود، اما شاید دقیق‌ترین نام برای آن «گره‌ی پردازشی» باشد. معیار مزبور همان عدد X نانومتری است که بدون شک همگی نام آن را به همراه یک چپیست یا CPU (مثل چیپست 4 نانومتری Snapdragon 8 Gen 1) شنیده‌اید.

حال این سوال مطرح است که چرا فرآیند ساخت یک تراشه تا این حد مهم و مورد بحث است؟ یا اینکه چرا این عدد را با واحد نانومتر اندازه می‌گیرند؟ در این مقاله قصد داریم به تمام این سوالات و حواشی حاصل از آن‌ها به زبانی ساده و قابل فهم پاسخ دهیم.

فهرست مطالب این مقاله:

- فناوری ساخت تراشه؛ حقه‌ی تبلیغاتی یا عددی پراهمیت؟
- نور و لیتوگرافی؛ ماجرا پیچیده‌تر از این حرف‌ها است!
- چالش تراشه‌ها در دنیای اتمی
- جمع‌بندی و دورنمای تراشه‌سازی و پردازنده‌ها

فناوری ساخت تراشه؛ حقه‌ی تبلیغاتی یا عددی پراهمیت؟

در صنعت تراشه‌سازی نوع فناوری ساخت (همان عدد چند نانومتری) و همچنین اندازه قطعات داخلی یک پردازنده به چیزی به نام «گره پردازشی» (Process Node) مرتبط است. هرچند در حال حاضر شرکت‌های تراشه‌سازی مختلف از این عبارت برای اشاره به فرآیندهای ساخت گوناگون CPU استفاده می‌کنند، اما پیش از این نود یا گره پردازشی تعریف دقیق‌تری داشت.

تاریخچه تراشه و اولین پردازنده‌ها

از حوالی دهه‌ی 1960 میلادی که اولین ترانزیستورهای MOSFET به تولید انبوه رسید تا حدود 35 سال بعد عبارت «گره پردازشی» بیشتر به طول گیت (Gate Length) ترانزیستورهای درون تراشه اشاره داشت. برای مثال فرآیند ساخت 0.5 میکرومتری اینتل ترانزیستورهایی با طول گیت 0.5 میکرومتر داشت. اما در ادامه اینتل طراحی گیت ترانزیستورهای خود را تغییر داد و در سال 1997 پردازنده‌های تولید شده با نود 0.25 میکرومتری، ترانزیستورهایی با طول گیت 0.20 میکرومتر داشتند.

در ادامه و پس از معرفی ترانزیستورهای FinFET توسط اینتل، کار به جایی رسید که پردازنده‌های 45 نانومتری اینتل از ترانزیستورهایی با طول گیت 25 نانومتری استفاده می‌کردند و از اینجا به بعد مفهوم Node تغییر کرد. حتی در وهله‌ای اندازه نود به کوچک‌ترین فضای خالی (Gap) بین دو ترانزیستور اشاره داشت. 

متاسفانه امروزه این عدد بیشتر برای تبلیغات و بازاریابی استفاده می‌شود و دیگر روش خوبی برای مقایسه‌ی تکنولوژی ساخت شرکت‌های مختلف محسوب نمی‌شود. عدد فرآیند ساخت هم‌اکنون بیشتر به نسل پردازنده‌ای که با یک فناوری خاص تولید شده اشاره دارد و دیگر به چیزی داخل پردازنده منسوب نیست.

البته در نظر داشته باشید ترانزیستور بنیادی‌ترین بخش هر تراشه است و در اصل تعداد زیادی ترانزیستور هستند که به صورت گروه گروه مسئولیت پردازش و ذخیره‌ی اطلاعات یک تراشه را بر عهده دارند؛ پس می‌توان گفت گره پردازشی تراشه‌های تولید شده توسط یک شرکت خاص عددی بسیار مهم است و معیاری عالی برای مقایسه‌ی تکنولوژی‌های ساخت همان شرکت است.

گره پردازشی تراشه‌های تولید شده توسط یک شرکت خاص معیاری عالی برای مقایسه‌ی تکنولوژی‌های ساخت همان شرکت است.

به عبارت ساده‌تر هرچند با عدد گره پردازشی تراشه‌های شرکت‌های سامسونگ و TSMC نمی‌توان تکنولوژی ساخت این شرکت‌ها را مقایسه کرد، اما گره پردازشی پردازنده‌های شرکتی مانند TSMC معیار خوبی برای مقایسه‌ی تراشه‌های این شرکت با یکدیگر است و هر چه این عدد کوچک‌تر باشد، بهتر است.

پس تا اینجا باید بدانید که در استفاده‌ی روزمره و غیردقیق عبارت‌هایی مانند «فرآیند ساخت تراشه»، «تکنولوژی تولید پردازنده»، «گره پردازشی» و «نود» همگی به یک مفهوم اشاره دارند و به صورت مترادف استفاده می‌شوند. با این وجود عدد نانومتری منسوب به این عبارات هرچند به اندازه‌ی ترانزیستورهای داخل تراشه مرتبط است، اما ابعاد آن‌ها را نشان نمی‌دهد.

هرچه کوچک‌تر، بهتر!

حال احتمالاً این سوال برای شما پیش می‌آید که چرا کوچک‌تر بودن عدد گره پردازشی بهتر است؟ در دنیای پردازنده‌ها هیچ چیزی به صورت کاملاً آنی یا بدون نیاز به انرژی الکتریکی اتفاق نمی‌افتد. در قطعات بزرگتر زمان بیشتری طول می‌کشد تا تغییری رخ دهد یا سیگنالی جابه‌جا شود. در نتیجه در این گونه تراشه‌ها انرژی بیشتری برای رساندن سیگنال‌ها و اطلاعات به بخش‌های مختلف پردازنده مصرف می‌شود و مقدار زیادی از این انرژی هدر می‌رود. افزون بر این، تراشه‌های بزرگ‌تر فضای بیشتری را نیز اشغال می‌کنند.

در تصویر بالا سه مدل از تراشه‌های قدیمی شرکت اینتل را مشاهده می‌کنید. این پردازنده‌ها از سمت چپ مدل Celeron سال 2006، Pentium M سال 2004 و Pentium سال 1995 هستند که به ترتیب با گره پردازشی 65، 90 و 350 نانومتری تولید شده‌اند. در نتیجه اندازه نود پردازنده‌ی 27 ساله‌ی اینتل بیش از 5 برابر گره پردازشی پردازنده‌ی مربوط به سال 2006 همین شرکت است.

یک تفاوت مهم دیگر این CPUها نیز تعداد ترانزیستورهای داخلی آن‌ها است؛ تراشه‌ی جدیدتر اینتل (Celeron 2006) حدود 290 میلیون ترانزیستور را در خود قرار داده است در حالی که تراشه‌ی پنتیوم سال 1995 فقط 3 میلیون ترانزیستور دارد. یعنی در طی حدود 10 سال تعداد ترانزیستورهای داخل یک پردازنده حدوداً 100 برابر شده است. البته کاهش اندازه نود پردازشی فقط بخشی از دلیل کوچک‌تر شدن پردازنده‌ها است و عوامل دیگری مانند طراحی و معماری پردازنده‌ها هم در آن نقش دارند.

همچنین نکته‌ی کلیدی ماجرا اینجاست که پردازنده‌ی Celeron مزبور فقط 30 وات حرارت تولید می‌کند و این عدد در مقایسه با 12 وات حرارت پردازنده پنتیوم بسیار عالی است. شاید اکنون این سوال برای شما مطرح شود که انرژی مصرفی سلرون بیش از دو برابر تراشه پنتیوم است، پس چرا این مقایسه به نفع پردازنده جدیدتر است؟

در پاسخ به این سوال باید گفت پردازنده‌ی Celeron 2006 حدوداً 100 برابر تراشه Pentium 1995 ترانزیستور دارد و مصرف انرژی بیش از دو برابر در مقابل این عدد و عملکرد پردازشی متناسب با آن قابل صرف‌نظر است.

در همین رابطه بخوانید:

- مقایسه تعداد هسته با سرعت کلاک پردازنده
- مقایسه سی پی یو های i7 ،Core i9 و i5

برای درک بهتر لازم است بدانید این حرارت یا انرژی گرمایی نیز از حرکت الکتریسیته درون مدارهای داخل تراشه‌ها ایجاد می‌شود. در اصل بخش زیادی از انرژی مصرفی تراشه به صورت حرارت و با افزایش دما دفع می‌شود.

کاهش اندازه گره پردازشی پردازنده‌ها، کوچک‌تر شدن تراشه‌ها، افزایش سرعت CPU و در نتیجه کاهش اتلاف انرژی را به همراه دارد.

به صورت خلاصه می‌توان گفت کاهش اندازه گره پردازشی (Process Node) منجر به کوچک‌تر شدن تراشه‌ها و افزایش ترانزیستورهای داخل آن می‌شود که این‌ها نیز میزان محاسبات در ثانیه را بیشتر می‌کنند و در نتیجه اتلاف انرژی به صورت گرما را کاهش می‌دهند. اما حالا با این سوال مواجه می‌شویم که چرا تمام تراشه‌های دنیا از کوچک‌ترین گره پردازشی ممکن استفاده نمی‌کنند؟

نور و لیتوگرافی؛ ماجرا پیچیده‌تر از این حرف‌ها است!

برای پاسخ به سوال مطرح شده در باید ابتدا با فرآیندی به نام فوتولیتوگرافی (Photolithography) آشنا شویم. در این فرآیند نور را از چیزی به نام Photomask (ماسک نوری) می‌گذرانند و در نتیجه نور در برخی قسمت‌های ماسک مسدود می‌شود و از دیگر قسمت‌های آن عبور می‌کند. سپس در بخش‌هایی که به نور اجازه عبور داده می‌شود، نور را با شدت بالایی روی یک نقطه‌ی کوچک متمرکز می‌کنند. در ادامه این نور با لایه‌ای خاص که در تولید تراشه‌ها استفاده می‌شود، واکنش نشان می‌دهد و محل قرارگیری بخش‌های مختلف تراشه را مشخص می‌کند.

برای شهود بهتر می‌توان فرآیند فوتولیتوگرافی را به تصویربرداری اشعه ایکس از دست یک انسان تشبیه کرد. در تصویربرداری از دست انسان، استخوان‌ها مانند ماسک نوری مزبور عمل می‌کنند و اشعه را مسدود می‌کنند، در حالی که اشعه X از بافت ماهیچه‌ای و پوست انسان به راحتی عبور می‌کند و در نهایت تصویری از ساختار درونی دست ثبت می‌شود.

برای اطلاعات دقیق‌تر لازم است بدانید عبارت «لیتوگرافی» (Lithography) کلمه‌ای قدیمی‌تر بوده و بیشتر مربوط به حکاکی و سنگ‌نویسی است، در حالی که فوتولیتوگرافی در اصل به معنای «لیتوگرافی با نور» بوده و عبارت صحیح مربوط به فرآیند ساخت پردازنده‌ها است. اما هم‌اکنون به دلیل شباهت این دو مفهوم و آسان‌تر بودن تلفظ کلمه‌ی «لیتوگرافی» بیشتر از آن استفاده می‌شود و در دنیای پردازنده‌ها این دو کلمه مترادف هم هستند. البته عبارت دیگری هم وجود دارد به نام لیتوگرافی اپتیکال (Optical Lithography) که تفاوتی با فوتولیتوگرافی ندارد.

در استفاده‌های روزمره منظور از لیتوگرافی یک پردازنده همان فرآیند ساخت و فوتولیتوگرافی است.

نکته‌ی جالب اینجاست که در دنیای نانومتری‌ها، نور (همان نور مرئی) بیش از اندازه بزرگ است (!) و از آن حتی برای تراشه‌های قدیمی مانند Pentium 1995 هم استفاد نمی‌شود. پیش از اینکه سردرگم شوید، لازم است بدانید منظور من از بزرگ بودن نور، بلند بودن طول موج (Wavelength) آن است.

همانطور که می‌دانید نور ذاتاً ترکیبی متناوب از میدان‌های مغناطیسی و الکتریکی است که به آن یک موج الکترومغناطیسی می‌گویند. هرچند در ریاضیات و فیزیک ما برای نمایش امواج از موج سینوسی استفاده می‌کنیم، اما در واقعیت امواج الکترومغناطیسی شکل خاصی ندارند و بیشتر بر اساس تاثیری که پس از برخورد با چیزی روی آن می‌گذارند نمایش داده می‌شوند.

احتمالاً مطلع هستید که طول موج یک الگوی متناوب، فاصله‌ی فیزیکی بین دو نقطه‌ی یکسان روی آن است. برای درک بهتری موج آب دریایی را تصور کنید که به ساحل می‌آید، طول موج این پدیده همان فاصله‌ی دو قله (یا دره) متوالی آن است.

امواج الکترومغناطیسی محدوده‌ی وسیعی از طول موج‌های مختلف را شامل می‌شوند که کل این محدوده در کنار هم را طیف امواج الکترومغناطیسی می‌نامیم. نگران نباشید اینجا کلاس فیزیک نیست، تا چند خط دیگر دلیل مطرح کردن این مباحث را متوجه می‌شوید و کاربرد آن در دنیای سخت افزار را مشاهده می‌کنید. کمی صبور باشید!

در تصویر زیر می‌بینید چیزی که ما آن را به عنوان نور می‌شناسیم در اصل بخشی بسیار کوچکی از طیف امواج الکترومغناطیسی است. از دیگر نام‌های حاضر در این طیف که احتمالاً شنیده‌اید هم می‌توان به امواج رادیویی، مایکروویو و اشعه ایکس اشاره کرد.

در این تصویر فرکانس و طول موج هر بخش نیز مشخص است و مشاهده می‌کنیم که نور طول موجی در حدود 10^-7 متر (0.00001 سانتی متر) دارد.

حال بر می‌گردیم به پردازنده‌ی Celeron اینتل با نود 65 نانومتری و میبینم که چگونه حتی نور هم برای ساخت این تراشه بزرگ محسوب می‌شود. با توجه به اعداد تصویر، برای ساخت چنین پردازنده‌ای نمی‌توان در فرآیند فوتولیتوگرافی از نور مرئی استفاده کرد، بلکه باید نور فرابنفش یا UV بکار رود. در طیف امواج الکترومغناطیسی طول موج فرابنفش از حدود 380 نانومتر آغاز می‌شود و تا نزدیک 10 نانومتر کاهش می‌یابد.

تولیدکنندگان بزرگ تراشه‌های نیمه‌هادی مانند اینتل، TSMC و GlobalFoundries برای ساخت پردازنده‌های جدید خود از موجی به نام Extreme Ultra Violet یا به اختصار EUV استفاده می‌کنند که طول موجی در حدود 13.5 نانومتر دارد. این موج کوتاه هم به شرکت‌ها اجازه می‌دهد قطعات کوچک‌تری تولید کنند و هم می‌توان انتظار داشت کیفیت و عملکرد این پردازنده‌ها بهبود یابد.

در نتیجه با این فناوری کمپانی‌های مزبور می‌توانند قطعات مختلفی را در کنار هم قرار دهند و تراشه‌ی نهایی را در ابعاد کوچک‌تر تولید کنند. پیش از EUV نیز برای ساخت تراشه‌ها از موجی به نام Deep Ultra Violet یا DUV استفاده می‌شد که طول موجی در حدود 193 نانومتر داشت.

همانطور که گفته شد در حال حاضر شرکت‌های مختلف تعاریف گوناگونی برای گره پردازشی مورد استفاده در تراشه‌های خود به کار برده‌اند و از این رو اندازه‌های ارائه شده نیز معیارهای متفاوتی هستند. برای مثال شرکت اینتل از نودی به نام P1274 استفاده می‌کند که در مطبوعات با نام فرآیند ساخت 10 نانومتری شناخته می‌شود یا از سوی دیگر شرکت TSMC گره پردازشی خود را 7FF نامیده است.

در نظر داشته باشید شرکت‌هایی مانند AMD فقط مسئولیت طراحی تراشه‌های خود را بر عهده دارند و برای تولید این پردازنده‌ها به دیگر کمپانی‌های تراشه‌سازی مانند TSMC وابسته‌اند.

اگر خبرهای مربوط به دنیای تراشه‌ها و پردازنده‌ها را در یک سال اخیر دنبال کرده باشید، احتمالاً می‌دانید شرکت TSMC هم‌اکنون به عنوان بزرگ‌ترین تراشه‌ساز دنیا شناخته می‌شود. این کمپانی هم‌اکنون روی فرآیند ساخت 3 نانومتری خود کار می‌کند و غول‌های سخت افزاری جهان از قبیل اپل، انویدیا، AMD، کوالکام و مدیاتک در لیست مشتریان این کمپانی حضور دارند.

جالب است بدانید در این مقیاس تولید (چند نانومتری) برخی از کوچک‌ترین قطعاتی که برای ساخت یک پردازنده در کنار هم قرار می‌گیرند، ابعادی در حدود 6 نانومتر دارند. البته هنوز هم اکثر قطعات سازنده‌ی پردازنده‌ها بزرگ‌تر از 6 نانومتر است، اما همینکه برخی از قطعات تا این حد کوچک شده‌اند، خود  از پیشرفت سریع علم سخت افزار خبر می‌دهد.

برای شهود بهتر و درک ظرافت یک قطعه‌ی 6 نانومتری باید گفت اتم‌های عنصر سیلیکون که بخش اصلی ماده‌ی سازنده یک پردازنده هستند، حدود 0.5 نانومتر از هم فاصله دارند و همچنین قطر خود اتم‌ها نیز در حدود 0.1 نانومتر است. پس با یک حساب سرانگشتی متوجه می‌شویم که کارخانه‌های TSMC روی ترانزیستورهایی کار می‌کنند که عرضی کم‌تر از 10 اتم سیلیکون دارند.

چالش تراشه‌ها در دنیای اتمی

هرچند این که بسیاری از شرکت‌های تراشه‌سازی هم‌اکنون رو قطعاتی با ابعادی در حدود چند اتم کار می‌کنند، حقیقتی شگفت‌انگیز است، اما فوتولیتوگرافی EUV مشکلات مهندسی بسیاری را بوجود آورده است.

اگر به خاطر داشته باشید یکی از دلایل ضعف شرکت اینتل در چند سال اخیر گذر از فناوری ساخت 14 نانومتری و تولید پردازنده‌های 10 نانومتری بود که از سوی علاقه‌مندان سخت افزار و منتقدین مورد سرزنش بسیاری قرار گرفت. در کنار اینتل شرکت GlobalFoundries نیز با فناوری ساخت 7 نانومتری خود به مشکل برخورد. هرچند نمی‌توان گفت ریشه تمام مشکلات این دو کمپانی در این سال‌ها کاستی‌های ذاتی مربوط به فرآیند فوتولیتوگرافی EUV است، اما این مسائل نیز بی‌تاثیر نبوده‌اند.

هرچه طول موج یک موج الکترومغناطیسی کوتاه‌تر باشد، انرژی بیشتری را حمل می‌کند و در نتیجه احتمال صدمه زدن به تراشه‌ی در حال ساخت در فرآیند فوتولیتوگرافی بیشتر است. همچنین فرآیندهای تولید تراشه‌های مقیاس کوچک (نانومتری) به میزان خلوص و معایب ماده‌ای که از آن برای ساخت استفاده می‌شود نیز بسیار حساس هستند و این دو دلیل بزرگ‌ترین مشکلات ذاتی فرآیند EUV Photolithography هستند.

افزون بر این‌ها، اتم‌ها در مقیاس کوانتومی دیگر از قوانین فیزیک کلاسیک پیروی نمی‌کنند در نتیجه نمی‌توان جریان الکتریسیته و انتقال انرژی در ذرات اتمی را مانند دنیای ماکرو محاسبه کرد.

برای مثال اگر در مقیاس بزرگ بخواهیم جریان الکتریسیته را در قطعات رسانای نزدیک به هم محدود کنیم کافیست، دور این قطعات رسانا را با لایه‌ای ضخیم نارسانا عایق کنیم. اما در سطحی که شرکت‌های TSMC و اینتل کار می‌کنند، عایق‌سازی قطعات کار بسیار سختی است، چون نمی‌توان از لایه‌های نارسانا با ضخامت بالا استفاده کرد.

به هر حال هم‌اکنون یکی از مشکلات بزرگ تولیدات تراشه، همین خاصیت‌های محدودکننده و ذاتی فرآیند لیتوگرافی EUV است. اما این تمام ماجرا نیست و پیشرفت علم جنبه‌های مادی بسیاری هم دارد، به صورتی که حتی می‌توان گفت ریشه اصلی مشکلات تولید تراشه‌های کوچک‌تر، کاملاً اقتصادی و منفعت‌محور است. در نظر داشته باشید که شرکت‌هایی مانند اینتل و TSMC فقط زمانی دردسر توسعه‌ی فناوری ساخت را به خود می‌دهند که در آینده برایشان درآمدی هنگفت داشته باشد.

نمودار بالا از گزارش وب‌‌سایت تحلیلی Mentor استخراج شده و نشان می‌دهد هزینه‌ی تولید هر ویفر (Wafer) با گره پردازشی کوچک‌تر چه میزان است. برای مثال اگر فرض کنیم تمام پردازنده‌های نسل چهارم اینتل (سری Haswell مانند Core i7-4790K) با فناوری ساخت 28 نانومتری یکسانی تولید شده باشند. در نتیجه هر ویفر تولیدی با فرآیند ساخت 10 نانومتری حدوداً دو برابر ویفر تولیدی با فناوری ساخت 28 نانومتری هزینه‌بر است.

از سوی دیگر تعداد تراشه‌هایی که از یک ویفر استخراج می‌شوند نیز به شدت به اندازه‌ی هر تراشه بستگی دارد. در نتیجه گره پردازشی کوچک‌تر می‌تواند به تعداد تراشه‌ی بیشتری منجر شود، اما هزینه‌ی بیشتری نیز دارد. شرکت‌های تراشه‌سازی وظیفه دارند تعادلی بین پارامترهای هزینه، فرآیند ساخت و تعداد تراشه خروجی برقرار کنند و در نهایت با توجه به تقاضای بازار، قیمت محصولات خود را تعیین کنند.

در کنار این عوامل، افزایش تقاضا برای گوشی‌های هوشمند و همچنین رشد نمایی دیگر سیستم‌های هوشمند مانند اینترنت اشیاء و خانه هوشمند در چند سال اخیر تراشه‌سازان را مجبور کرده که تا میزانی از منفعت آنی خود صرف‌نظر کنند و فرآیند ساخت تراشه‌ها را بهبود بخشند.

هرچند انتظار می‌رود این تصمیم در آینده سودبخش باشد، اما زمانی که از میلیاردها دلار هزینه صحبت می‌شود حتی درصد کوچکی ابهام هم می‌تواند صدمات جبران ناپذیری به یک شرکت وارد کند و به همین دلیل است که شرکت GlobalFoundries از مسابقه‌ی بهبود فرآیند ساخت و کوچک کردن تراشه‌ها کنار کشید.

در همین رابطه بخوانید:

- معرفی بهترین پردازنده‌های تاریخ
- تفاوت بین هسته‌های P-Cores و E-Cores در پردازنده‌های اینتل
- پردازنده موبایل و دسکتاپ

جمع‌بندی و دورنمای تراشه‌سازی و پردازنده‌ها

اگر با خواندن این مطالب در مورد تکنولوژی ساخت تراشه و شرکت‌های تولید پردازنده مقداری دلسرد و ناامید شده‌اید باید گفت نگران نباشید همه خبرهای اخیر به آینده‌ای بهتر اشاره می‌کنند. هم‌اکنون مدتی است که شرکت‌های TSMC و سامسونگ خط تولید 7 و 5 نانومتری خود را از نظر حجم و سوددهی به تعادل خوبی رسانده‌اند و شرکت‌های طراحی کننده تراشه‌ها نیز از چندین فناوری‌های ساخت برای محصولات خود استفاده می‌کند.

برای مثال طراحی چیپلت‌های شرکت AMD که با نسل سوم از پردازنده‌های Ryzen معرفی شد، هم‌اکنون توسط دیگر شرکت‌های تراشه‌سازی هم تقلید می‌شود. AMD در پردازنده‌های دسکتاپ نسل سوم خود از دو تراشه‌ی تولید شده توسط فرآیند ساخت 7 نانومتری TSMC و یک تراشه‌ی 14 نانومتری GlobalFoundries استفاده می‌کرد؛ به این صورت که دو تراشه‌ی 7 نانومتری بخش اصلی CPU را تشکیل می‌دادند و تراشه‌ی 14 نانومتری حافظه‌های رم DDR4 و دستگاه‌های متصل به CPU به واسطه‌ی PCIe را مدیریت می‌کرد.

نمودار زیر تغییرات فرآیند ساخت شرکت اینتل در 50 سال اخیر را نشان می‌دهد. در نظر داشته باشید این نمودار لگاریتمی است و پیشرفت اینتل از گره پردازشی 10000 نانومتر تا 10 نانومتر را شامل می‌شود.

بر اساس این نمودار، غول آبی دنیای پردازنده‌ها در هر 4.5 سال اندازه گره پردازشی تراشه‌های خود را نصف کرده است. اما با وجود عقب‌ماندگی‌های یکی دو سال اخیر اینتل آیا می‌توان گفت این کمپانی تا سال 2025 تراشه‌های خود را با فناوری ساخت 5 نانومتری تولید می‌کند؟ احتمالاً بله. درست است که اینتل در چند سال اخیر عملکرد خوبی نداشته، اما این شرکت اخیراً راه بازگشت خود را پیدا کرده است و با سرعت خوبی به سمت پردازنده‌های کوچک‌تر پیش می‌رود.

در کنار این، هم‌اکنون شرکت‌های TSMC و Samsung فرآیند ساخت 5 نانومتری خود را توسعه داده‌اند و تراشه‌هایی چون Exynos 2100، Snapdragon 888 و Apple A15 نیز توسط این فرآیند تولید می‌شوند. همچنین اخیراً فرآیند ساخت 4 نانومتری این کمپانی‌ها مسئول ساخت چیپست‌های پرچمدار Exynos 2200 و Snapdragon 8 Gen 1 است. 

در حالت کلی انتظار می‌رود تراشه‌های جدید روز به روز کوچک‌تر، سریع‌تر، کم‌مصرف‌تر و قدرتمندتر شوند. این پردازنده‌های کوچک و توانمندِ آینده هستند که راه را برای ماشین‌های خودران، بازی‌های ویدیویی با گرافیک واقع‌گرایانه و حتی درمان سرطان باز خواهند کرد؛ پس نگران نباشید حداقل از منظر تکنولوژی، آینده از حالا بهتر خواهد بود.

نظر شما در مورد سیر پیشرفت تکنولوژی ساخت پردازنده‌ها چیست؟ شما آینده‌ی صنعت سخت افزار را چگونه پیش‌بینی می‌کنید؟