تکنولوژی ساخت CPUهای جدید؛ نانومترهای کمتر، قدرت بیشتر

تکنولوژی ساخت CPUهای جدید در سال‌های اخیر با سرعتی بی‌سابقه پیشرفت کرده و حالا صنایع مختلف—from گوشی‌های موبایل گرفته تا ابررایانه‌های هوش مصنوعی—به طور مستقیم از این تحولات بهره می‌برند. رقابتی که میان شرکت‌هایی مانند TSMC، Intel و Samsung جریان دارد، آینده پردازش دیجیتال را شکل می‌دهد و هر نسل، مرزهای توان پردازشی و بهره‌وری انرژی را جابه‌جا می‌کند.

در این مقاله به زبان ساده اما تخصصی، آخرین پیشرفت‌های دنیای پردازنده‌ها را بررسی می‌کنیم.

تکنولوژی ساخت (Process Node) چیست؟

عبارت‌هایی مثل 5nm، 3nm یا 2nm نشان‌دهنده ابعاد تقریبی ترانزیستورهایی هستند که روی تراشه قرار می‌گیرند. هرچه این عدد کوچک‌تر باشد:

• ترانزیستورهای بیشتری روی یک سطح قرار می‌گیرند
• قدرت پردازش افزایش پیدا می‌کند
• مصرف انرژی و تولید گرما کاهش می‌یابد
• کارایی در وات (Performance per Watt) بهتر می‌شود

به همین دلیل است که رقابت برای دستیابی به 2nm و حتی 1.4nm حالا یکی از داغ‌ترین مسابقه‌های تکنولوژیک جهان است.

مهم‌ترین تکنولوژی‌های به‌کاررفته در CPUهای جدید

1. لیتوگرافی UV و EUV

تراشه‌های جدید با کمک Extreme Ultraviolet Lithography ساخته می‌شوند؛ نوری با طول موج بسیار کوتاه که امکان حک کردن الگوهای بسیار ریز روی سیلیکون را فراهم می‌کند. نسل‌های پیشرفته‌تر مثل High‑NA EUV دقت را حتی بیشتر می‌کنند.

2. ترانزیستورهای GAAFET

پس از سال‌ها استفاده از معماری FinFET، شرکت‌ها حالا به سمت Gate-All-Around FET رفته‌اند. مزایا:

• کاهش نشتی جریان
• کنترل بهتر روی کانال
• بازدهی بیشتر در فرکانس‌های بالا

TSMC این فناوری را با نام N2 و سامسونگ با MBCFET معرفی کرده‌اند.

3. معماری‌های 3D و چندلایه (3D Stacking)

روش‌های جدیدی مثل:

• TSMC 3D Fabric
• Intel Foveros
• AMD 3D V‑Cache

این امکان را می‌دهند که تراشه‌ها روی هم قرار بگیرند. نتیجه:

• افزایش پهنای باند
• کاهش تأخیر
• کوچک‌تر شدن فضای فیزیکی

این فناوری تأثیر بزرگی روی پردازنده‌های موبایل و سرور گذاشته است.

4. چیپلت‌ها (Chiplets)

به جای ساخت یک تراشه یکپارچه، شرکت‌ها CPU را به اجزای کوچک‌تر تقسیم می‌کنند. سپس این بخش‌ها با فناوری‌های پیشرفته بسته‌بندی مثل EMIB و Infinity Fabric به هم متصل می‌شوند.

مزایا:

• کاهش هزینه تولید
• بهبود بازده سیلیکون
• مقیاس‌پذیری بسیار بیشتر

روندهای آینده در تکنولوژی ساخت CPU

1. حرکت به سمت 2nm و 1.4nm

TSMC و Intel اعلام کرده‌اند که تولید 2nm را در 2025 آغاز می‌کنند. نسل بعدی احتمالاً 1.4nm خواهد بود.

2. استفاده از مواد جدید به جای سیلیکون

تحقیقات روی گرافین، نیترید گالیم و نانولوله‌های کربنی شدت گرفته است. این مواد می‌توانند سرعت و بازده را چند برابر کنند.

3. استفاده گسترده‌تر از AI در طراحی تراشه‌ها

سیستم‌های هوش مصنوعی حالا قادرند:

• مسیرهای سیگنال را بهینه کنند
• مصرف انرژی را کاهش دهند
• طراحی را سریع‌تر کنند

گوگل و انویدیا در این حوزه پیشرو هستند.

کاربرد این تکنولوژی‌ها در زندگی روزمره

• عمر بیشتر باتری گوشی‌ها
• عملکرد بهتر لپ‌تاپ‌ها بدون داغ شدن
• سرورهای سریع‌تر برای خدمات ابری
• بهبود توان محاسباتی در خودروهای خودران
• اجرای سریع‌تر مدل‌های هوش مصنوعی

جمع‌بندی

تکنولوژی ساخت CPUهای جدید همان نیروی محرکه‌ای است که پشت پیشرفت‌های دنیای دیجیتال قرار دارد. کوچک‌تر شدن ترانزیستورها، معماری‌های سه‌بعدی و استفاده از چپلِت‌ها باعث شده نسل جدید پردازنده‌ها قوی‌تر، کم‌مصرف‌تر و هوشمندتر باشند. آینده این صنعت با ورود فناوری‌های 2nm و پایین‌تر، بدون شک هیجان‌انگیزتر هم خواهد شد.