لیتوگرافی پردازنده یکی از مهم ترین ویژگی هایی است که در مشخصات فنی یک CPU به آن اشاره می شود و تاثیر بسزایی بر عملکرد و کارایی دستگاه های الکترونیکی دارد. این واژه، به فرآیند تولید و ساخت پردازنده اشاره دارد که در آن فاصله و آرایش اجزای مختلف تعیین می شود. به عنوان مثال، اگر لیتوگرافی پردازنده ای برابر با 12 نانومتر باشد، به این معناست که اجزای سازنده آن با فاصله 12 نانومتری از یکدیگر قرار گرفته اند. درک این مفهوم برای خریداران، می تواند به انتخاب بهتر و مناسب تر کمک کند.
با کاهش عدد لیتوگرافی، تعداد ترانزیستورها در یک پردازنده افزایش می یابد و این موضوع بهبود عملکرد و کاهش مصرف انرژی را به همراه خواهد داشت. به همین دلیل، شرکت های تولیدکننده پردازنده همواره بر اهمیت لیتوگرافی تاکید می کنند و این ویژگی را در تبلیغات خود به نمایش می گذارند. در این مقاله، به بررسی دقیق تر مفهوم لیتوگرافی پردازنده و تاثیر آن بر قیمت پردازنده اینتل و سایر برندها خواهیم پرداخت و مزایای استفاده از فناوری های پیشرفته لیتوگرافی را تحلیل خواهیم کرد.
لیتوگرافی یک واژه یونانی است که به معنای سنگ نگاری می باشد. در دنیای پردازنده ها، لیتوگرافی به فرآیند تولید و ساخت یک پردازنده اشاره دارد که با استفاده از دستگاه های مخصوص صورت می گیرد. این فرآیند شامل تعیین فاصله و آرایش اجزای مختلف یک CPU می شود. برای مثال اگر لیتوگرافی پردازنده برابر با 12 نانومتر باشد، به این معناست که اجزای سازنده CPU با فاصله 12 نانومتری از یکدیگر قرار گرفته اند. این فاصله در مقیاس میکروسکوپی بسیار ناچیز است و با چشم غیر مسلح تشخیص داده نمی شود. به طور کلی هرچه لیتوگرافی CPU کمتر باشد، کیفیت و کارایی پردازنده بهتر خواهد بود. برای درک بهتر، باید بدانید هر نانومتر برابر 0.000001 میلی متر است.
همانطور که به آن اشاره کردیم، شرکت های سازنده پردازنده همواره تاکید زیادی بر کم بودن لیتوگرافی پردازنده خود می کنند و این کم بودن را به کارایی بیشتر نسبت می دهند. اما چرا کمتر بودن لیتوگرافی پردازنده به معنی بهتر بودن آن است؟ در ادامه به این مووضع می پردازیم.
کمتر بودن عدد لیتوگرافی در پردازنده ها به این معناست که فاصله بین اجزای تشکیل دهنده آنها کمتر می شود. این امر به شرکت های تولید کننده این امکان را می دهد که در یک سطح معین، تعداد بیشتری ترانزیستور را جایگزین کنند. افزایشی که در تعداد ترانزیستور ها ایجاد می شود، تاثیر بسزایی در کارایی پردازنده خواهد داشت. در واقع، هر چه گستردگی ترانزیستورها بیشتر باشد، قابلیت پردازش اطلاعات نیز افزایش می یابد. به عنوان مثال در 2 پردازنده با ابعاد یکسان، پردازنده ای که لیتوگرافی کمتری دارد از ترانزیستور های کوچک تری بهره می برد و امکان تعبیه تعداد بیشتری ترانزیستور بر روی آن وجود دارد.
کمتر بودن عدد لیتوگرافی نه تنها موجب افزایش تراکم ترانزیستور ها میشود، بلکه در بسیاری از موارد به کاهش توان مصرفی نیز منجر می گردد. با نزدیک تر شدن اجزای یک پردازنده به یکدیگر، مقاومت داخلی آن کمتر میشود و در نتیجه مقدار انرژی مورد نیاز برای عملکرد این اجزاء کاهش مییابد. از طرف دیگر انرژی ای که به گرما تبدیل می شود نیز به میزان قابل توجهی کاهش می یابد. با این حال باید به این نکته توجه داشت که کاهش لیتوگرافی همیشه منجر به کاهش مصرف انرژی نمی شود.
با کاهش لیتوگرافی سی پی یو، اندازه خازن های به کار رفته در آن نیز کوچکتر می شود و در نتیجه ظرفیت این خازن ها کاهش می یابد. کاهش ظرفیت خازن ها تاثیر مستقیمی بر روی عملکرد آن ها دارد و موجب می شود که شارژ و تخلیه آنها سریع تر انجام شود. این تغییرات در نهایت منجر به افزایش فرکانس پردازنده می گردد.
در اوایل فرآیند تولید لیتوگرافی های جدید و پیشرفته، هزینه های تولید به طور قابل توجهی افزایش می یابد. این موضوع به دلیل نیاز به بروزرسانی فرآیند های طراحی و تولید و تهیه دستگاه های جدید برای ساخت پردازنده های با لیتوگرافی به روز است. با این حال در طول زمان و با گذشت مراحل تولید، هزینه ها معمولا کاهش می یابند. یکی از دلایل این امر، افزایش تعداد ترانزیستورها در هر پردازنده جدید است که منجر به کاهش مقدار سیلیکونی می شود که برای ساخت یک پردازنده لازم است. سیلیکون، که یکی از مواد اصلی در تولید پردازنده ها محسوب می شود که به صورت خالص در آزمایشگاه ها تولید می شود و هزینه بالایی دارد. با پیشرفت در فناوری لیتوگرافی و افزایش تعداد ترانزیستورها، نیاز به سیلیکون کاهش می یابد و این موضوع هزینه کلی تولید پردازنده ها را پایین می آورد.
لیتوگرافی UV و EUV دو فناوری کلیدی در تولید پردازنده ها هستند که هر یک ویژگی ها و مزایای خاص خود را دارند. لیتوگرافی UV از اشعه ماوراء بنفش برای ایجاد الگوهای دقیق استفاده می کند و به دلیل دقت بسیار بالا و قابلیت تولید قطعات کوچک تر، به یکی از گزینه های محبوب در صنعت تبدیل شده است. در مقابل، لیتوگرافی EUV که فناوری پیشرفته تری است، از اشعه ماوراء بنفش با طول موج بسیار کوتاه بهره می برد و امکان تولید قطعاتی با اندازه کمتر از 5 نانومتر را فراهم می کند. این ویژگی ها باعث شده اند که لیتوگرافی EUV بخش اساسی در تولید پردازنده های نسل جدید مانند پردازنده های Intel و AMD باشد.
فرآیند لیتوگرافی در تولید پردازنده ها شامل چند مرحله کلیدی است. ابتدا، انتخاب سوبسترات مناسب که معمولا از جنس سیلیکون است، انجام می شود. سپس لایه های مختلفی از مواد به این سوبسترات اعمال می شود و یک لایه فوتورزیست بر روی آن قرار می گیرد. در ادامه، با استفاده از ماسک ها، الگوهای دقیق به فوتورزیست منتقل می شوند و پس از تاباندن نور، خواص فوتورزیست تغییر می کند. مراحل پس پردازش، دیپوزیسیون، آزمون و اعتبارسنجی نیز به دنبال آن انجام می شود تا اطمینان حاصل شود که اجزا به درستی عمل کرده و کیفیت نهایی محصول تضمین شود.
در ادامه فناوری های لیتوگرافی برتر در چند سال اخیر که به نوعی انقلاب در حوزه پردازنده ها محسوب می شوند را معرفی می کنیم.
شرکت اینتل فناوری 10 نانومتری را به بازار معرفی کرد که به مدت طولانی به عنوان استاندارد تولید پردازنده های آن شناخته می شد. یکی از پردازنده های برجسته این فناوری، مدل Intel Core i5 13400F است که با بهینه سازی های قابل توجهی در مصرف انرژی و عملکرد پردازشی مواجه بود.
در سال های اخیر، شرکت AMD توانسته است با بهره گیری از فناوری 7 نانومتری که به وسیله TSMC توسعه یافته، به مزیت قابل توجهی دست یابد. پردازنده های سری Ryzen و EPYC که از این فناوری استفاده می کنند، نشان دهنده عملکرد بهتر و مصرف انرژی کمتر نسبت به رقبای خود از جمله اینتل هستند.
شرکت تایوانی TSMC به عنوان پیشرو در توسعه لیتوگرافی های پیشرفته، هم اکنون فناوری های ۵ و ۳ نانومتری را در اختیار دارد. این فناوری ها در تولید پردازنده های موبایل اپل مانند A15 Bionic و همچنین پردازنده های سری M اپل به کار رفته اند و نقش مهمی در بهبود عملکرد و کارایی این محصولات ایفا می کنند.
در آخر میتوان گفت که لیتوگرافی پردازنده به عنوان یکی از ارکان اساسی در صنعت نیمه هادی، نقش بسزایی در شکل دهی به آینده فناوری اطلاعات و ارتباطات دارد. با پیشرفت فناوری و کاهش اندازه ها به محدوده زیر ۵ نانومتر، چالش های جدیدی مانند اثر تونلی و نشت جریان به وجود آمده است که این مسائل نه تنها بر عملکرد پردازنده ها تاثیر می گذارد، بلکه طراحی و تولید آنها را نیز با مشکلات بیشتری مواجه می سازد. این چالش ها شرکت ها را به سمت استفاده از فناوری های نوین، از جمله لیتوگرافی EUV (ماوراء بنفش شدید) سوق داده است که به عنوان یک راه حل نوآورانه برای غلبه بر محدودیت های موجود شناخته می شود.
علاوه بر این، با توجه به اهمیت و حساسیت اطلاعات ذخیره شده در پردازنده ها، فرآیند تولید باید به گونه ای طراحی شود که امنیت و حریم خصوصی داده های مهم حفظ گردد. بنابراین در حالی که صنعت لیتوگرافی پردازنده با چالش های فنی و فیزیکی رو به رو است، توجه به امنیت داده ها نیز باید به عنوان یک اولویت اساسی در نظر گرفته شود.
در آیدت،
فایلهای
خود را به فروش بگذارید و یا
مقالاتتان
را منتشر کنید👋
پاسخ ها