چیپ‌های سه بعدی؛‌ جان تازه ای در کالبد «قانون مور»

اگرچه قدرت پردازنده مرکزی امروزی، قابل مقایسه با نمونه هایی که در سال های پیش ارائه می‌شدند نیست ولی حقیقت این است که هنوز هم اساس، پایه و معماری پردازنده ها مانند گذشته است و تنها نسل به نسل بهینه تر شده و ترانزیستورهای کوچک‌تری در دل آنها به کار گرفته می‌شود.

روند فعلی توسعه پردازنده های مرکزی، ادامه ای بر «قانون مور» است که می گوید در هر دو سال یکبار، تعداد ترانزیستورهای موجود در یک مدار مجتمع دو برابر می شود. اما اکنون به مرحله ای رسیده ایم که قانون مور در مرز محدود شدن است و از نظر تکنولوژی های ساخت، چندان ساده نمی توان تعداد ترانزیستورها را افزایش داد.

اینجاست که نقش چیپ های سه بعدی، معنای خاصی پیدا می کند؛ چیپ هایی که اکنون دانشگاه های استنفورد و MIT به شکل مشترک مشغول توسعه آنها هستند. محققان این دانشگاه ها،‌ در حال توسعه چیپ هایی هستند که می توان به صورت انباشه، لایه های دیگری را هم به آنها افزود.

برای درک بهتر چیپ های سه بعدی، ابتدا بهتر است شرایط فعلی را مرور کنیم: در کامپیوتر شما چندین چیپ مختلف وجود دارد که با استفاده از یک مادربرد به همدیگر متصل شده اند. قلب مرکزی کامپیوتر هم، پردازنده ای است که روی مادربرد قرار گرفته و یک چیپ یکتا است.

مشکل در حالت کنونی اینجاست که در آینده ای نزدیک به قدرت پردازشی بسیار بالاتری نیاز داریم تا هر سیستم بتواند هوش مصنوعی را درون خود و بدون نیاز به سرورهای آنلاین داشته باشد. اینجا فقط بحث یک سیستم کامپیوتری در میان نیست؛ تصور کنید که یک خودروی هوشمند در آینده ای نزدیک به قدرت پردازشی بسیار بالایی برای تحلیل محیط اطراف خود نیاز دارد که چیپ های فعلی، چندان به راحتی از پس آن بر نمی آیند.

تکنولوژی چیپ سه بعدی، پاسخی به این نیاز آتی است. در این فناوری می توان یک چیپ مجتمع توسعه داد که درون خود، پردازنده مرکزی، رم و حتی چند سنسور را جای می دهد. به این شکل، هماهنگی و سرعت قطعات بالاتر رفته و لگ هایی که در سازوکار فعلی وجود دارد، از میان برداشته می شود. از سوی دیگر هر چیپ می‌تواند از چند لایه تشکیل شود.

برای توسعه چیپ های سه بعدی، محققات از نانولوله های کربنی که از گرافین ساخته شده اند، بهره گرفته اند تا چند مدار را روی هم قرار داده و انباشته کنند. انجام این کار با مدارهای کنونی که از جنس سیلیکون هستند، غیر ممکن است، چراکه برای تولید و ساخت آنها، باید حرارت بسیاری به مدارها وارد شود؛ حرارتی که سیلیکون در برابر آن تاب نمی آورد.

«مکس شولَکِر» یک دانشمند علوم کامپیوتری و پژوهشگری که در MIT روی این پروژه کار می کند، در این باره می گوید: «مدارهای کنونی ۲ بعدی هستند. دلیلش هم این است که مدارهای سیلیکونی، برای ساخت به دمایی بالای ۱۰۰۰ درجه سلسیوس نیاز دارند. با این دما لایه اول ساخته می شود ولی وقتی بخواهید لایه بعدی را روی آن انباشته کنید، لایه پایینی نابود می شود. این مشکل در مدارهایی که از جنس نانولوله کربن ساخته می شوند وجود ندارد چرا که می توان آنها را در دمایی پایین تر از ۲۰۰ درجه سلسیوس ساخت و به این شکل، به لایه های پایینی آسیبی وارد نمی شود.»

محققان می گویند که این ساز و کار صرفاً‌ برای ساخت و ترکیب پردازنده و حافظه رم نیست، بلکه می توان سنسورهایی را هم به یک چیپ مجتمع افزود و کارکردی خاص را برای آن طراحی کرد. نتیجه نهایی این طرح در صورت موفقیت نهایی، می تواند انقلابی باشد. از یک سو قانون مور به شکلی تازه به زندگی اش ادامه می دهد و از طرف دیگر، می توان هوش مصنوعی را به شکل لوکال و محلی در دستگاه های کوچک بسیاری جای داد.