لیتوگرافی 2 نانومتری و آینده چیپست ها

ابرشرکت تایوانی TSMC که بزرگترین تولید کننده چیپ در دنیا محسوب می شود، امروز در سمپوزیوم فناوری 2022 به صورت رسمی از  فناوری فرآیند تولید 2 نانومتری خود پرده برداشت. این اولین باری است که در آن از ترانزیستورهای اثر میدانی در همه جا یا همان Gate All Around استفاده می شود. فرآیند ساخت جدید این شرکت تایوانی، به نظر می رسد مزایای عملکردی و مصرف بهینه ای داشته باشد، اما در مسئله چگالی ترانزیستورها خوب ظاهر نمی شود.

این فناوری جدید که شرکت TSMC می خواهد آن را در چینش ترانزیستور ها به کار بگیرد خلاقیت های جدیدی را برای دور زدن محدودیت ها به کار بسته است که مهمترین آنها رو آوردن به ترانزیستورهای نانو ورقه ای است که TSMC نام آن را GAAFETs گذاشته است. البته این تنها نوآوری جدید TSMC نیست و اضافه کردن ریل برق پشتی هم در افزایش عملکرد به نسبت مصرف انرژی، تأثیر بسیار زیادی گذاشته است.

ترانزیستورهای نانو ورقه ای GAA از کانال هایی تشکیل شده اند که هر چهار طرف آن با دروازه ها محصور شده است که البته این موضوع جلوی نشت سیگنال را می گیرد. از سوی دیگر این کانال های جدید می توانند عریضتر طراحی شوند تا از این طریق شدت جریان را افزایش دهند که متعاقباً منجر به افزایش عملکرد خواهد شد. اگر هم مهندسان بخواهند، می توانند کانال ها را کوچکتر کنند تا از این طریق در مصرف انرژی و هزینه تمام شده صرفه جویی شود. از سوی دیگر همانطور که گفته شد برای جلوگیری از نشت جریان هم از BPD استفاده شده که همان تحویل برق از بخش پشتی ترانزیستور است که در تصویر بالا هم می توانید آن را مشاهده کنید.

همانطور که در پاراگراف اول همین مطلب هم خدمتتان عرض کردم، این فناوری جدید با وجود اینکه عملکرد و مصرف انرژی را بهبود می بخشد، تأثیر آنچنانی در چگالی چینش ترانزیستورها بر روی مدار نمی گذارد. بر اساس اطلاعاتی که TSMC در سمپوزیوم به کاربران ارائه کرد، فناوری فرایند تولید 2 نانومتری می تواند 10 تا 15 درصد عملکرد بهتری را نسبت به لیتوگرافی N3E ارائه کند در حالی که مصرف انرژی تا 30 درصد هم کاهش یافته است. اما از سوی دیگر لیتوگرافی N2 به نسبت N3E تنها امکان قرارگیری 1.1 برابر تعداد ترانزیستورهای بیشتری را فراهم می کند که خب البته همانطور که از عدد برمیاید، مقدار زیاد و قابل توجهی نیست. در نهایت تا زمان عرضه این فناوری جدید به تولید کنندگان پردازنده چند سالی زمان باقی است و هر تولید کننده بر پایه میکرومعماری بهینه خود از این فناوری میتواند به روش های مختلفی استفاده کند. تولید کنندگانی مانند انویدیا هم اکنون هم با لیتوگرافی های به مراتب قدیمی تر، نتایج بسیار خیره کننده ای را در اختیار خود قرار می دهند، که تصور بهره بردن این شرکت ها از چیپ هایی با ترانزیستورهای کوچکتر را بسیار هیجان انگیز می کند.