Փոքրից փոքրն էլ կա

PanARMENIAN.Net - PanARMENIAN.Net ը պատմում է, թե ինչ է տեխպրոցեսն ու ինչու են տեխնոլոգիական հսկաները և պետությունները մրցում միմյանց հետ հենց այս ցուցիչի նվազման համար։

Տեխպրոցեսը կամ տեխնոլոգիական պրոցեսը կիսահաղորդչային կոմպոնենտների (տրանզիստորներ, դիոդներ և այլն) արտադրության ընթացքում կիրառվող, սակայն հստակ չսահմանված ցուցիչ է։ Կիսահաղորդչային կոմպոնենտներն արտադրվում են ֆոտոլիտոգրաֆիայի միջոցով՝ սիլիցիումային հումքի վրա, ու տեխպրոցեսի ցուցիչը կախված է լիտոգրաֆիկ սարքավորման թույլատրումից (resolution), ինչից էլ ուղղակիորեն կախված են կիսահաղորդչային կոմպոնենտների չափերը, կիսահաղորդչային սարքավորումների (միկրոսխեմաներ, միկրոկոնտրոլերներ, պրոցեսորներ և այլն) վրա այդ կոմպոնենտների քանակն ու տեղակայման խտությունը։ Որքան մեծ է լիտոգրաֆիկ սարքավորման թույլատրումն, այնքան փոքր մասշտաբների հետ այն կարող է աշխատել, այնքան շատ կիսահաղորդչային կոմպոնենտներ կարող են տեղակայվել ավելի ու ավելի փոքր մակերեսում, ինչի հետ աճում է (հատկապես՝ պրոցեսորների դեպքում) պատրաստի արտադրանքի էներգախնայողությունը, արտադրողականությունը՝ չափերի ու արժեքի նվազման հետ մեկտեղ։

Տեխպրոցեսի ցուցիչի նվազումը՝ տարիներով

Տեխպրոցեսի մեծության արժեքը հաշվվում է նանոմետրերով (1 նանոմետրը հավասար է մետրի միլիարդերորդ մասին), որքան փոքր է այդ արժեքը, այնքան բարդ է նման կիսահաղորդչային կոմպոնենտների արտադրությունը։ Համաձայն Մուրի օրենքի, ինտեգրալ սխեմայի վրա տրանզիստորների քանակը պետք է կրկնապատկվի յուրաքանչյուր երկու տարին մեկ, ինչը նշանակում է տեխպրոցեսի ցուցիչի շարունակական նվազում։ Մինչև վերջերս Մուրի օրենքը հաջողությամբ կատարվում էր, սակայն ժամանակի հետ հասկանալի է դառնում, որ այն մոտեցել է մի սահմանագծի, որից այն կողմ օրենքը կարող է ուղղակի չգործել, ու հիմնական խնդիրներից մեկը կապված է հենց տեխպրոցեսի ցուցիչը հետագայում նվազեցնելու հնարավորության հետ։

Կիսահաղորդչային կոմպոնենտներ արտադրող ընկերությունները, մի կողմից, փորձում են շրջանցել Մուրի օրենքի սահմանափակումները՝ նոր կոնֆիգուրացիաների ու ճարտարապետության միջոցով, մյուս կողմից՝ ահռելի գումարներ են ներդրվում՝ տեխպրոցեսի ցուցիչի նվազեցման համար։ Շատերը կարծում են, որ վերջինն ավելի շատ մարքեթինգային քայլ է, քան արդյունավետ տեխնոլոգիական լուծում, իսկ չիպի վրա տրանզիստորների քանակի ավելացումը՝ դրանց չափերի փոքրացման միջոցով, ի վերջո կբախվի վերին շեմին, երբ քվանտային էֆեկտներն ու ջերմությունը դուրս բերելու հետ կապված բարդությունները ոչ թե ավելացնելու, այլ նվազեցնելու են չիպերի արտադրողականությունը։

ASML ընկերության ֆոտոլիտոգրաֆիկ սարքավորումը, որի արժեքը կազմում է $150 մլն

Մի փոքր պատմություն։ Նանոմետրային չափերով տեխպրոցեսը սկսեց հաշվվել 1995-1997թթ-ին, երբ Intel, IBM ու TSMC ընկերությունները հասան 350 նմ (0,35 մկմ) տեխպրոցեսի. մինչ այդ ցուցիչի արժեքը սահմանվում էր հենց միկրոմետրերով, քանի որ նանոմետրային արժեքը շատ մեծ էր։ Հետագայում ցուցիչը նվազում էր. 1998-ին՝ 250 նմ, 1999-ին՝ 180 նմ, 2001-ին՝ 130 նմ, 2002-2003-ին՝ 90 նմ, 2004-ին՝ 65 նմ, 2006-2007-ին՝ 45 ու 40 նմ, 2009-2010-ին՝ 32 ու 28 նմ, 2009-2012-ին՝ 22 ու 20 նմ, 2015-2016-ին՝ 16 ու 14 նմ, 2017-ին՝ 10 նմ, 2019-ին՝ 7 նմ ու 2020-ին՝ 5 նմ, որը այս պահին վերին շեմն է։ Անհրաժեշտ է հիշել նաև, որ տեխպրոցեսի ցուցիչը հստակ սահմանված չէ ու կարող է տատանվել տարբեր ընկերությունների ու տեխնոլոգիական ալյանսների դեպքում. այսպես, TSMC-ն կիրառում է 40 նմ, 28 նմ ու 20 նմ ցուցիչները, որոնք համապատասխանում են Intel-ի 45 նմ, 32 նմ ու 22 նմ տեխպրոցեսի ցուցիչներին։

3 նմ տեխպրոցեսի հետազոտությունները սկսվել են դեռ 2018-ին, երբ ստեղծվեցին նման առաջին փորձնական միկրոպրոցեսորները։ Intel-ը, TSMC-ն ու Apple-ը պլանավորում են 3 նմ տեխպրոցեսը յուրացնել հաջորդ տարի, նույն պլաններն ունի նաև Samsung-ը։ 2 նմ տեխպրոցեսի ընկերությունները պլանավորում են հասնել 2024-2026թթ-ին, իսկ Intel-ը 2024-ից հետո նպատակ է դրել հասնել 1.8 նմ տեխպրոցեսի։

Կարևոր է հասկանալ, որ այս փուլում տեխպրոցեսի ցուցիչն, ըստ էության, չի վերաբերում կիսահաղորդչային կոմպոնենտների (տրանզիստորների) որևիցե ֆիզիկական հատկության (ինչպիսին է, օրինակ, փականի երկարությունը)։ Սա ավելի շատ մարքեթինգային տերմին է, որի ցուցիչը կապված է տրանզիստորների խտության, միկրոսխեմաների փոքրացման, էներգախնայողության ու արտադրության աճի տեսանկյունից նոր մշակումների հետ։