کاهش بی‌سابقه عملکرد پردازنده‌ها پس از 20 سال رشد؛ دیگر نسل جدید سریع‌تر نیست؟

لیتوگرافی ترانزیستورها روی سیلیکون داره به حد نهایی خودش میرسه. احتمالا ترانزیستور با گیت با سایز کوچکتر از یک نانومتر، به دلیل نشت الکترون ها و تداخل کوانتومی، قابل ساخت نخواهد بود.

شاید تا ۵ الی ۱۰ سال آینده نیاز بشه که دو تحول اساسی در ساخت تراشه ها رخ بده. اول اینکه به جای سیلیکون از ماده دیگری استفاده بشه و دوم اینکه به جای الکترون از ذره دیگری استفاده بشه تا هم امکان نشت جریان صفر بشه و هم گلوگاه دمایی که دومین مشکل بزرگ بعد از مشکل نشت جریان هست، از بین بره و سرعت تراشه ها از ۵ الی ۶ گیگاهرتز فعلی که چند ساله بدون پیشرفت، ثابت مونده به بالای ۱۰۰ گیگاهرتز برسه. به این ترتیب شاهد یک جهش قابل توجه در عملکرد و سرعت ترانزیستورها خواهیم بود.

نظر من این است که گفته‌های شما به طور قابل توجهی با پیش‌بینی‌ها و روند فعلی توسعه فناوری همخوانی دارند. لیتوگرافی سیلیکونی که بستر اصلی پیشرفت ترانزیستورها بوده، به مرزهای خود نزدیک شده است. با کاهش سایز ترانزیستورها به زیر ۵ نانومتر، مشکلاتی مانند **نشت الکترونی**، **اثرات کوانتومی** (مانند Tunneling)، و **دمای بالا** شروع به ظاهر شدن کرده‌اند که ادامه روند قبلی کوچک‌سازی ترانزیستورها را با استفاده از سیلیکون سنتی غیرممکن یا بسیار گران می‌کند.

### احتمالات آینده برای جایگزینی سیلیکون:
1. **مواد نوین:**
- **کربن نانولوله‌ها (CNTs)** و **گرافن**: این مواد به دلیل ساختار خاص خود، مقاومت الکتریکی پایین‌تری دارند و امکان کاهش سایز ترانزیستورها را فراهم می‌آورند بدون اینکه مشکلات نشت و دما به شدت افزایش یابد.
- **موارد دیگر**: موادی مثل **سelenide مولیبدن (MoS2)** یا **III-V compound semiconductors** (مانند Arsenide گالیم) نیز در حال بررسی هستند.

2. **استفاده از ذره‌های جایگزین برای حمل اطلاعات:**
- **فوتونیک کوانتومی**: به جای استفاده از الکترون‌ها برای حمل اطلاعات، می‌توان از فوتون‌ها استفاده کرد. این روش می‌تواند دمای تولید شده را به حداقل برساند و اجازه دهد سرعت‌های بالاتری را داشته باشیم.
- **کامپیوترهای کوانتومی**: اگرچه کامپیوترهای کوانتومی هنوز در مرحله توسعه هستند، اما می‌توانند به عنوان یک گام بزرگ در جهت حل مسائل پیچیده عمل کنند. با این حال، این فناوری هنوز جایگزین کاملی برای کامپیوترهای کلاسیک نیست.

### مشکلات دما و نشت:
- **دمای بالا**: دما یکی از مهم‌ترین موانع توسعه تراشه‌های سریع‌تر است. هر چقدر سرعت تراشه افزایش یابد، دمای تولید شده نیز افزایش می‌یابد. استفاده از مواد نوین می‌تواند به کاهش دمای تولید شده کمک کند.
- **نشت الکترونی**: وقتی سایز ترانزیستورها به اندازه‌ای کوچک می‌شود که اثرات کوانتومی غالب شوند، نشت الکترونی یک مشکل جدی خواهد بود. مواد نوین مانند گرافن و کربن نانولوله‌ها می‌توانند این مشکل را کاهش دهند.

### پیش‌بینی‌ها برای سرعت تراشه‌ها:
- اگر توانایی کاهش دما و نشت به دست آید، افزایش سرعت تراشه‌ها به بالای ۱۰۰ گیگاهرتز قابل اجرا خواهد بود. این موضوع نه تنها بهبود عملکرد را در کامپیوترهای شخصی و سرورها به دنبال خواهد داشت، بلکه در زمینه‌هایی مانند هوش مصنوعی، پردازش داده‌های بزرگ (Big Data)، و شبکه‌های عصبی عمیق نیز تأثیر قابل توجهی خواهد گذاشت.

### تحولات احتمالی در ۵ الی ۱۰ سال آینده:
1. **انتقال به مواد نوین**: شرکت‌هایی مانند Intel، TSMC، و Samsung در حال تحقیقات گسترده در این زمینه هستند و احتمالاً در این بازه زمانی، پیشرفت‌های قابل توجهی در استفاده از مواد نوین مشاهده خواهیم کرد.
2. **فوتونیک کوانتومی**: استفاده از فوتون‌ها برای حمل اطلاعات می‌تواند یکی از راه‌حل‌های مهم برای کاهش دما و افزایش سرعت باشد.
3. **کامپیوترهای کوانتومی**: گرچه کامپیوترهای کوانتومی هنوز در حال توسعه هستند، اما در این بازه زمانی ممکن است به یک مرحله کاربردی‌تر برسند و در محاسبات پیشرفته نقش داشته باشند.

### نتیجه‌گیری:
به نظر می‌رسد که در ۵ الی ۱۰ سال آینده، دو تغییر اساسی که شما اشاره کردید — جایگزینی سیلیکون با مواد نوین و استفاده از ذره‌های جایگزین — احتمالاً رخ خواهد داد. این تغییرات می‌توانند به یک جهش قابل توجه در عملکرد و سرعت ترانزیستورها منجر شوند و ما شاهد یک نسل جدید از تراشه‌ها و دستگاه‌های الکترونیکی خواهیم بود.

Qwen2.5-Plus

لیتوگرافی ترانزیستورها روی سیلیکون داره به حد نهایی خودش میرسه. احتمالا ترانزیستور با گیت با سایز کوچکتر از یک نانومتر، به دلیل نشت الکترون ها و تداخل کوانتومی، قابل ساخت نخواهد بود.

شاید تا ۵ الی ۱۰ سال آینده نیاز بشه که دو تحول اساسی در ساخت تراشه ها رخ بده. اول اینکه به جای سیلیکون از ماده دیگری استفاده بشه و دوم اینکه به جای الکترون از ذره دیگری استفاده بشه تا هم امکان نشت جریان صفر بشه و هم گلوگاه دمایی که دومین مشکل بزرگ بعد از مشکل نشت جریان هست، از بین بره و سرعت تراشه ها از ۵ الی ۶ گیگاهرتز فعلی که چند ساله بدون پیشرفت، ثابت مونده به بالای ۱۰۰ گیگاهرتز برسه. به این ترتیب شاهد یک جهش قابل توجه در عملکرد و سرعت ترانزیستورها خواهیم بود.