قانونی کومی چیست و چرا می‌تواند جایگزینی برای قانون مور در دنیای تراشه باشد؟

«گوردون مور»، هم‌بنیانگذار و رئیس بازنشسته اینتل، فردی است که قانون مور را ایجاد کرده و سال‌هاست در دنیای تراشه مورد استفاده قرار می‌گیرد. از دهه ۶۰ تا به امروز این قانون پابرجاست و کاربرد دارد. اما با حرکت به سمت لیتوگرافی کوچکتر و تراشه‌های ۱ نانومتری، این قانون شاید با مشکلاتی مواجه شود و صنعت چیپ‌سازی به سراغ قانون کومی برود.

طبق قانون مور، تعداد ترانزیستورهای روی چیپ هر دو سال دو برابر می‌شود. اما هرچه به سمت نانومترهای کوچکتر برویم، این احتمال کمرنگ‌تر می‌شود و شاید نتوان به چنین هدفی دست پیدا کرد. علاوه بر این، چه آینده‌ای در انتظار قانون مور برای لیتوگرافی ۱ نانومتر و کمتر خواهد بود؟

به گفته «راب ایتکن»، مدیر بخش فناوری شرکت ARM که معماری‌اش در تمام تراشه‌های گوشی‌های امروزی وجود دارد، قانون مور برای زمانی که اندازه ترانزیستورها بطور چشمگیری کاهش پیدا می‌کرد، موثر بود. در ابتدا تنها ۲,۲۵۰ ترانزیستور در فضایی با اندازه ۱۲ میلی‌متر مربع قرار می‌گرفت. حالا تعداد این ترانزیستورها به میلیاردها می‌رسد. برای مثال در چیپ M1 اپل که با نود ۵ نانومتری TSMC به تولید می‌رسد، ۱۶ میلیارد ترانزیستور وجود دارد.

با توجه به این افزایش خارق‌العاده، ایتکن باور دارد که صنعت فناوری دیگر نمی‌تواند تنها روی افزایش قدرت پردازشی تمرکز کند:

«کاملا مشخص است که نقشه راه دنیای فناوری نمی‌تواند تنها روی افزایش قدرت پردازشی تراشه‌ها تمرکز داشته باشد. دستیابی به قدرت و عملکرد بالاتر از چیپ‌های حال حاضر، اولویت اصلی قرار دارد و توان به ازای وات تغییر نمی‌کند. اما موضوع فراتر از وات می‌رود و به انرژی می‌رسد، میزان انرژی که در گذر زمان مصرف می‌کند.»

در حالی که قانون مور معیاری برای اندازه‌گیری توان پردازشی یک چیپ به حساب می‌آید، قانون کومی در سال ۲۰۱۰ ایجاد شد تا تعداد محاسبات به ازای هر ژول انرژی مصرف شده را اندازه بگیرد. از سال ۱۹۴۵ تا ۲۰۰۰، این عدد هر ۱۸ ماه دو برابر شد. پس از سال ۲۰۰۰، این مقدار کاهش داشته و هر ۲.۶ سال یکبار این عدد دو برابر می‌شود.

قانون کومی و حفظ زمین

به گفته ایتکن، قانون کومی بیشتر با نحوه تجربه رایانش توسط کاربران ارتباط دارد:

«قانون کومی بیشتر به نحوه تجربه‌ای که کاربران امروزی از دنیای محاسبات دارند، مربوط می‌شود و البته راهی برای ایجاد نقشه راه آینده دنیای فناوری است. زندگی دیجیتال ما به سمتی حرکت می‌کند که از چندین دستگاه استفاده می‌کنیم و شارژدهی باتری و همچنین عملکرد به ازای وات، اهمیت بالاتری نسبت به توان خالص بطور جداگانه دارد.»

به اعتقاد ایتکن، شرکت‌ها دیگر نباید توان پردازشی را بالاتر از صرفه‌جویی انرژی و حفظ زمین قرار دهند. به گفته مدیر فناوری آرم، قانون مور و کومی، قوانین طبیعت نیستند، بلکه راهکاری برای تعیین مسیر دنیای فناوری به حساب می‌آیند و ما می‌توانیم از آن‌ها در مسیری که قرار داریم، استفاده کنیم. قانون مور  باعث شده تولیدکنندگان روی افزایش توان پردازشی در گذر زمان تمرکز کنند.

قانون کومی اما روی این موضوع تمرکز دارد که چه تعداد محاسبات می‌توان از هر واحد انرژی مصرف شده بدست آورد. این قانون بیشتر با طبیعت و محیط زیست سازگار است و به گفته ایتکن، دستیابی به بالاترین عملکرد به ازای وات چیزی است که از ابتدا در DNA این صنعت وجود داشته:

«ارتباطات و اتصالات نباید به قیمت سیاره ما انجام شوند. برای به حداقل رساندن تاثیرات زیست محیطی فناوری‌مان، امیدواریم از مهارتمان در محاسبات با مصرف انرژی کم استفاده کنیم تا به کارکرد بالاتری به ازای وات برسیم. اینکار فرصت منحصر به‌فردی برایمان ایجاد می‌کند تا در کنار افزایش ارتباطات، میزان مصرف کربن را کاهش دهیم.»

با وجود اینکه به علت گرمایش جهانی و تغییرات اقلیمی توجه زیادی به مصرف انرژی و انتشار دی‌اکسید کربن می‌شود، قانون مور هنوز چند سالی فرصت دارد تا در صنعت تراشه‌سازی مورد استفاده قرار بگیرد. TSMC امسال تراشه‌های ۴ نانومتری می‌سازد و از نیمه دوم سال آینده میلادی به سراغ چیپ‌های ۳ نانومتری می‌رود.

TSMC و سامسونگ همچنین می‌خواهند تراشه‌های ۲ نانومتری بسازند، اما زمانی که به سراغ لیتوگرافی ۱ نانومتری بروند، چه آینده‌ای در انتظار این صنعت خواهد بود؟ هنوز بطور دقیق جوابی برای این سوال نداریم.

با این وجود در گذشته برخی کمپانی به سراغ فناوری‌های جدیدی مانند لیتوگرافی به وسیله اشعه ماوراءبنفش یا EUV رفته‌اند که امکان قرارگیری میلیاردها ترانزیستور روی ویفرها را ممکن می‌کند. برخی از این فناوری‌ها برای زنده ماندن قانون مور توسعه یافته‌اند.

با وجود چنین تلاش‌هایی، روزی می‌رسد که سازندگان چیپ بجای توان پردازشی روی مصرف انرژی تمرکز کند و قانون کومی چنین کاری را ممکن می‌کند.