4 دقیقه
فضا روی سطح تخت تراشههای امروزی رو به پایان است. به همین دلیل پژوهشگران دانشگاه ایلینوی اربانا-شمپین راهحل بدیهی را آزمودند: بهجای گسترش افقی، ساختار را به سمت بالا بردند.
تصور کنید گسترش کمارتفاع حومه شهر با برجهای بلند جایگزین شود. همان جمعیت، اما با رفتوآمد کمتر. این تیم از همان سیلیکون تکبلوری بهکاررفته در پردازندههای فعلی استفاده کرد، اما ترانزیستورها را در پشتههای عمودی بازآرایی کرد تا هم سطح اشغالشده کاهش یابد و هم مسیرهای الکتریکی کوتاهتر شوند؛ مسیرهایی که باعث کندی و اتلاف انرژی میشوند.
پشتهسازی فناوری تازهای نیست. مانع اصلی همیشه گرما بوده است. فرایندهای رایج ساخت تراشه به دماهایی نزدیک به ۱۰۰۰ درجه سانتیگراد نیاز دارند و پختن لایه دوم روی لایه اولِ تکمیلشده میتواند آن را نابود کند. تلاشهای پیشین یا سراغ چسباندن لایههای از پیش پختهشده رفتند یا به مواد عجیب و مقاوم در برابر گرما روی آوردند، اما این مسیرها معمولا به افت کارایی، کاهش چگالی یا از بین رفتن یکپارچگی دقیق قطعات منجر میشوند؛ همان چیزی که یک تراشه را سریع میکند.
در این پژوهش، گروه عملا از کوره عبور کرد. آنها دو اقدام کلیدی را با هم ترکیب کردند. نخست: ترانزیستورهای بدون پیوند که مراحل دشوار و دمای بالای مهندسی را به پیش از لایهگذاری منتقل میکنند. دوم: نانوممبرانهای فوقنازک سیلیکونی، یعنی ورقههای انعطافپذیر از سیلیکون تکبلوری که میتوان آنها را مانند یک فیلم در دماهای کمتر از ۲۰۰ درجه سانتیگراد اعمال کرد. این ممبرانها با سطح زیرین خود منطبق میشوند و از ایجاد حفرهها و نقصهای اتصال که روشهای سختِ اتصال ویفر به ویفر را گرفتار میکند، جلوگیری میکنند.
نتیجه، یکپارچهسازی سهبعدی مونولیتیک است که کیفیت الکتریکی و بازده مورد انتظار مهندسان از تراشههای امروزی را حفظ میکند و در عین حال منطق و حافظه را در چندین لایه روی هم قرار میدهد. در آزمایشها، این تیم مدارهای فعال و سلولهای حافظه را در سه لایه عمودیِ پشتهشده ساخت؛ اثبات مفهومی که هم اعتبار روش را نشان میدهد و هم از ظرفیت آن برای توسعه بیشتر خبر میدهد.
این نخستین نمایش موفق از رعایت محدودیت حرارتی برای یکپارچهسازی سهبعدی مونولیتیک واقعی با استفاده از سیلیکون تکبلوری استاندارد است، آن هم در حالی که کارایی رقابتی ارائه میشود.
چرا این موضوع اهمیت دارد؟ ترانزیستورهای بیشتر در همان حجم یعنی چگالی پردازشی بالاتر، اتصالات داخلی سریعتر و احتمالا انرژی کمتر برای هر عملیات. این همان جوهره قانون مور است: ترانزیستورهای بیشتری را در همان محدوده هزینه جای دهید تا کارایی افزایش یابد. وقتی مقیاسپذیری افقی به دیوار میرسد، مقیاسپذیری عمودی مسیر روشنی برای ادامه بهبود پردازندههای کلاسیک فراهم میکند.
البته ملاحظاتی هم وجود دارد. قطعات پشتهشده در آزمایشگاه فعلا با ولتاژهایی بالاتر از حد معمول کار میکنند؛ نکتهای که طراحان تراشه پیش از پذیرش این روش در کارخانههای ساخت نیمهرسانا خواهان حل آن خواهند بود. همچنین انتقال یک فناوری ساخت جدید از اتاقهای تمیز دانشگاهی به کارخانههای تجاری همیشه پرسشهایی درباره بازده، توان تولید و هزینه ایجاد میکند. با این حال، پژوهشگران از بازده بالای آزمایشهای خود خبر دادهاند و میگویند این روش قابلیت سازگاری با فرایندهای صنعتی را دارد.
حتی در شرایطی که رایانش کوانتومی به دنبال حل گونههای متفاوتی از مسائل است، قطعات سیلیکونی کلاسیک همچنان ستون فقرات بیشتر کارهای محاسباتی باقی خواهند ماند. اگر پشتهسازی مونولیتیک صنعتی شود، میتواند نقشه راه مقیاسپذیری ترانزیستور را بدون کنار گذاشتن اکوسیستم سیلیکونی که از تلفنهای همراه تا سرورهای ابری را نیرو میدهد، تمدید کند.
این پژوهش که در مجله نیچر منتشر شده، کمتر شبیه یک مسیر نظری فرعی و بیشتر شبیه یک راهنمای عملی برای تراشهسازانی است که میپرسند گام بعدی چیست. فصلهای بعدی در کارخانههای ساخت تراشه نوشته خواهند شد، اما نقشه راه سرانجام در دسترس است.
منبع: sciencealert
ارسال نظر