تعداد ترانزیستور تراشه‌های 3 نانومتری دیوانه‌وار خواهد بود

کمپانی تولید نیمه‌رساناهای تایوان موسوم به TSMC، بزرگ‌ترین کارخانه مستقل تولید نیمه‌رسانا در دنیاست که پردازنده شرکت‌های بزرگی مثل اپل، کوآلکام و هوآوی را تولید می‌کند. صرف‌نظر از مصرف‌کننده‌ای که این کمپانی مشغول تولید تراشه برای آن است، یک اصل همواره در تولید تراشه‌ها ثابت می‌ماند: هرچه ترانزیستور بیشتری داخل یک تراشه جا شود، قدرت و مصرف انرژی آن بهتر خواهد بود.

گره فرآیندی که توسط این شرکت استفاده می‌شود با تعداد ترانزیستورهای قابل جایگذاری در داخل تراشه رابطه عکس دارد. برای مثال تراکم ترانزیستور در تراشه‌های حال حاضر که با فرآیند ۷ نانومتری تولید می‌شوند (مثل A13 بایونیک اپل، اسنپدراگون ۸۶۵ کوآلکام و Kirin 990 هوآوی) تقریبا ۱۰۰ میلیون ترانزیستور در هر میلی متر مربع است. این سازوکار اجازه می‌دهد ۸.۵ میلیارد ترانزیستور درون هر تراشه A13 اپل قرار بگیرد.

تراشه‌های جدیدی که امسال از خط تولید این کارخانه خارج می‌شوند از گره ۵ نانومتری استفاده خواهند کرد تا در هر میلی متر مربع ۱۷۱.۳ میلیون ترانزیستور داشته باشند؛ در نتیجه تراشه A14 اپل دارای ۱۵ میلیارد ترانزیستور خواهد بود. بر این اساس، عملکرد تراشه‌ها حدود ۱۰ تا ۱۵ درصد بالاتر رفته و مصرف انرژی آن‌ها حدود ۲۵ تا ۳۰ درصد کاهش پیدا می‌کند.

تعداد ترانزیستور تراشه‌های ۳ نانومتری چقدر می‌شود؟

در دنیای فناوری قانونی به نام قانون مور وجود دارد که توسط هم‌بنیان‌گذار شرکت اینتل در دهه ۱۹۶۰ بیان شد. او در ابتدا گفت که تراکم ترانزیستورها هر سال دو برابر می‌شود. آقای مور در دهه ۱۹۷۰ قانون خود را تصحیح و اعلام کرد که این افزایش دو برابری هر دو سال یک بار رخ خواهد داد. اکنون بسیاری معتقدند که با توجه به تراکم بسیار بالای ترانزیستورها این قانون دیگر تعمیم‌پذیری خود را از دست داده است. حالا اگرچه که قانون مور به دقت گذشته عملی نمی‌شود، ولی ایده کلی آن همچنان پابرجاست.

در حال حاضر، TSMC و سامسونگ در رقابت برای تولید تراشه‌های ۳ نانومتری هستند. البته این دو شرکت اخیرا به خاطر شیوع جهانی ویروس کرونا مجبور شدند برنامه‌های زمانی خود را به تعویق بیندازند. بر اساس اطلاعات وب‌سایت WikiChip، تراشه‌های ۳ نانومتری TSMC می‌تواند قدرت را ۵ درصد افزایش داده و مصرف انرژی را ۱۵ درصد کاهش دهد. افزون بر این، تراکم ترانزیستورها ۱.۷ برابر شده و تعداد آن‌ها را در هر میلی متر مربع به ۳۰۰ میلیون می‌رساند.

TSMC قرار است تولید آزمایشی این تراشه‌ها را از سال ۲۰۲۱ آغاز کند. البته این فاز از تولید برای مشتریانی انجام خواهند شد که حاضرند بدون انجام آزمایشات کامل تراشه‌ها را خریداری کنند. با این حال، تولید اصلی تراشه‌های ۳ نانومتری از نیمه دوم سال ۲۰۲۲ آغاز شده و تولید انبوه آن‌ها به سال پس از آن موکول خواهد شد. با توجه به بحران ناشی از ویروس کرونا، گزارش‌ها حاکی از آن است که سامسونگ تولید رسمی تراشه‌های ۳ نانومتری خود را از سال ۲۰۲۱ به سال ۲۰۲۲ منتقل کرده است.

TSMC و سامسونگ رویکردهای متفاوتی را در قبال فرآیند تولید ۳ نانومتری در پیش گرفته‌اند. تایوانی‌ها از ترانزیستورهای FinFET استفاده می‌کنند که به کنترل جریان و ولتاژ مدار کمک خواهد کرد. ولی کره‌ای‌ها می‌خواهند به سراغ ترانزیستورهای MBCFET بروند که از فناوری جدیدی به نام Gate All Around یا به اختصار GAA بهره می‌برد تا ترانزیستورها را کوچک‌تر و قدرتمندتر کند. به گفته یکی از تحلیل‌گران بازار سامسونگ احتمالا در استفاده از فناوری GAA حدود ۱۲ ماه از TSMC جلوتر است. اینتل نیز احتمالا دو تا سه سال از سامسونگ عقب‌تر است. معاون ارشد سامسونگ، رایان لی، قبلا گفته بود: «Gate All Around زمینه‌ساز عصر جدیدی در کسب و کار تولید نیمه‌رساناها خواهد شد.» تراشه‌های ۳ نانومتری سامسونگ در مقایسه با تراشه‌های ۷ نانومتری کنونی ۳۵ درصد قدرت بیشتر و ۵۰ درصد مصرف انرژی کمتری خواهند داشت.

با این حال، قبل از این که به تراشه‌های ۳ نانومتری برسیم، ابتدا باید تراشه‌های ۵ نانومتری را پشت سر بگذاریم که ورود آن‌ها به بازار از اواخر سال جاری آغاز خواهد شد. اگر همه چیز طبق برنامه پیش برود، آیفون ۱۲ اولین تلفن هوشمندی خواهد بود که از تراشه‌ای با گره ۵ نانومتری استفاده می‌کند. این دستگاه در ماه سپتامبر معرفی شده و در ماه اکتبر یا نوامبر به بازار می‌آید. اولین موبایل اندرویدی ۵ نانومتری هم می‌تواند هوآوی میت ۴۰ باشد.