شاید شما هم هنگام خرید گوشی، لبتاپ یا رایانه رومیزی با اصطلاح فناوری نانومتر برخورد کرده باشید. با این حال ممکن است این واژه معنی روشنی برایتان نداشته باشد و مبهم به نظرتان برسد. در دنیایی که با پیشرفتهای مداوم فناوری هدایت میشود، درک اهمیت فناوری نانومتر در تولید پردازندههای تلفن همراه و کامپیوتر ضروری است. در این مقاله قصد داریم مفهوم نانومتر در تولید پردازندهها را توضیح دهیم و اهمیت و نحوه شکلدهی آن به دستگاههایی که روزانه با آنها سروکار داریم را روشن کنیم.
نانومتر به اندازه اجزای ترانزیستور در یک پردازنده اشاره دارد، چرا که این اجزا در فناوری ساخت معمولاً در مقیاس نانومتر (nm) اندازهگیری میشوند. یک نانومتر برابر با یک میلیاردم (0/000000001) متر است، که نشان میدهد این مقیاس چقدر کوچک است. برای درک بهتر از این مقیاس بهتر است بدانید که هر ورق کاغذ 100،000 نانومتر، موی انسان 80،000 نانومتر، DNA انسان 2/5 نانومتر و اتم طلا 0/3 نانومتر است. از طرفی مقیاس یک توپ فوتبال در برابر با کرهی زمین از مقیاس 10 نانومتر در برابر متر است. در تراشهها، اندازهگیری نانومتری نشان دهنده فاصلهی بین ترانزیستورها روی آنها است. هرچه این اندازه نانومتری کوچکتر باشد، به این معنی است ترانزیستورهای بیشتری روی تراشه قرار گرفته است و در نتیجه قدرت محاسباتی و کارایی آن افزایش یافته است.
پیشرفت در فناوری نیمهرساناها، تولیدکنندگان را قادر ساخته است تا اندازهی ترانزیستورها را در طول سالها کاهش دهند. انتقال از فرآیندهای نانومتری بزرگتر به فرآیندهای نانومتری کوچکتر، که به عنوان گره فرآیند شناخته میشود، نشان دهنده بهبود عملکرد، کاهش مصرف انرژی و بهبود پراکندگی حرارت است. برای مثال، حرکت از 10 نانومتر به گرههای فرآیندی 7 نانومتری یا 5 نانومتری نشاندهنده جهش در قابلیتهای مبتنی بر فناوری آنها است.
بهبود عملکرد: ترانزیستورهای بیشتر، قدرت محاسباتی بیشتر
چرا اندازه نانومتری یک پردازنده مهم است؟ در ادامه این مفهوم را از چهار منظر مختلف بررسی میکنیم.
- عملکرد: فرآیندهای نانومتری کوچکتر اجازه میدهد تا ترانزیستورهای بیشتری روی یک تراشه با اندازهی مشخص مجتمع شوند. افزایش تعداد ترانزیستورها منجر به بهبود عملکرد کلی پردازنده، مانند افزایش سرعت پردازش، افزایش تعداد هستهها و بهبود کلی قابلیتهای محاسباتی میشود.
- راندمان مصرف انرژی: با کوچک شدن ترانزیستورها، نیاز تراشهها به انرژی برای پردازش و عملکرد کمتر میشود. این امر راندمان انرژی را افزایش میدهد و به دستگاهها اجازه میدهد تا در عین حفظ عمر باتری، وظایف خود را انجام دهند. برای طولانی کردن زمان استفاده، کاهش مصرف انرژی برای دستگاههای قابل حمل مانند تلفنهای همراه و ساعتهای هوشمند بسیار حائز اهمیت است.
- پراکندگی حرارتی (خنک کردن): فرآیندهای نانومتری کوچکتر به دلیل کاهش مصرف انرژی، گرمای کمتری نیز تولید میکنند. با کاهش حرارت تولید شده پراکندگی گرما نیز راحتتر شده و تراشهها سریعتر خنک میشوند. در نتیجه احتمال آسیبهای ناشی از حرارت به پردازندهها کاهش مییابد و به پایداری دستگاه و بهبود قابلیت اطمینان آنها کمک میکند.
- ابعاد نهایی محصول: فرآیندهای نانومتری کوچکتر امکان تولید دستگاههای کوچکتر و باریکتر را فراهم میکند. با بهرهگیری از این فناوری، تولیدکنندگان میتوانند قدرت پردازشی بیشتری را در ابعاد جمع و جورتر نسبت به قبل ارائه دهند و در نتیجه گجتهای خوش فرمتر با حملپذیری راحتتری تولید کنند.
فناوری 5 نانومتری در تراشههای نسل جدید
تراشه A14 Bionic اپل اولین سیستم تجاری موجود تراشهای بود که با استفاده از گره فرآیند تولید 5 نانومتری ساخته شد. این گوشی که بر اساس معماری ARM طراحی شده است در اکتبر 2020 همراه با معرفی سری گوشیهای آیفون 12 به بازار عرضه شد.
همانطور که یشتر اشاره شد یکی از مزیتهای تولید تراشههای 5 نانومتری نسبت به 7 نانومتری این است که این تراشهها به سازندگان اجازه میدهد تا چیپستهایی با تراکم ترانزیستور بالاتر در ابعاد مشخص طراحی و تولید کنند و اندازهی کلی سخت افزار را کاهش دهند. برای مقایسه بهتر است بدانید که یک تراشهی 7 نانومتری بین 95 تا 115 میلیون ترانزیستور در هر میلیمتر مربع ممکن است داشته باشد. در مقابل، یک تراشه 5 نانومتری میتواند تراکم ترانزیستور 125 تا 300 میلیونی در هر میلی متر مربع داشته باشد. هر چند که این اعداد تخمینی هستند و تعداد دقیق ترانزیستورها یا چگالی ترانزیستور در تراشههای سازندههای مختلف متفاوت است.
گرچه تراشههای 5 نانومتری نسل جدید تراکم ترانزیستور بالاتر، عملکرد بهتر و مصرف انرژی کمتر یا بازده انرژی بهبود یافته نسبت به تراشههای 12 و 7 نانومتری دارند، با این حال، عملکرد کلی تراشههای تولید شده با فرآیند 5 نانومتری یکسان نیست و ممکن است یک تراشهی 7 نانومتری حتی عملکرد بهتری نیز داشته باشد. در ادامه در این مورد بیشتر بحث خواهد شد.
فراتر از اندازه نانومتری: توجه به کل پکیج پردازنده در حین خرید
شایان ذکر است که اندازه نانومتری تنها عامل تعیینکنندهی عملکرد یک پردازنده نیست. عوامل دیگری مانند معماری پردازنده، سرعت کلاک یا فرکانس سیکل پردازش CPU، اندازه حافظهی پنهان (کش یا cache) و طراحی کلی نیز بر قابلیتهای پردازنده تأثیر میگذارند. بنابراین در حالی که اندازه نانومتری کوچکتر به طور کلی عملکرد بهبود یافته را نشان میدهد، اما ضروری است که هنگام ارزیابی عملکرد یک پردازنده کل پکیج آن را در نظر بگیرید.
سخن پایانی
با درک اهمیت فناوری نانومتر در پردازندهها، مصرف کنندگان میتوانند تصمیمات آگاهانهتری در هنگام خرید تلفن همراه یا دستگاههای دیگر بگیرند. تولیدکنندگان تلاش میکنند تا مرزهای فرآیندهای نانومتری را برای ارائه عملکرد پیشرفته، بهرهوری انرژی و طراحیهای جمعوجور پیش ببرند و در نهایت تجربه کاربر را بهبود بخشند.
بدون دیدگاه