چیپ های جدید آی بی ام با فناوری ساخت 2 نانومتری ساخته شده اند. اما از این فناوری ساخت، اهمیت و تاثیر آن بر کارکرد محصولات هوشمند چه میدانیم؟
گویا سریع تر از آنچه فکر می کردیم به فناوری ساخت 2 نانومتری برای تراشه ها رسیده ایم. آی بی ام غول قطعات کامپیوتری می گوید که توانسته چیپ جدیدی تولید کند که با وجود کارایی بیشتر، انرژی بسیار کمتری مصرف می کند و می تواند عمر باتری را تا 4 برابر برساند.
در صنعت تولید چیپ های هوشمند، از واحد نانومتر استفاده می شود که معادل یک میلیاردم متر است و معیاری برای بیان اندازه واقعی ترانزیستورها است. هرچه این اندازه کوچکتر شود سخت افزار تولیدی می تواند می تواند مدعی نوآوری و کارآیی بیشتری باشد.
چیپ های جدید آی بی ام با فناوری ساخت 2 نانومتری تهیه شده و قادرند تا 45 درصد کارایی سیستم های هوشمند را نسبت به چیپ های فعلی که 7 نانومتری هستند افزایش دهند.
چیپ های جدید آی بی ام (IBM) ؛ انقلابی در تولید کامپیوترها
چیپ های جدید آی بی ام تا 75 درصد انرژی کمتری مصرف می کنند. این شرکت سازنده قطعات سخت افزاری می گوید که در صورت به انبوه رسیدن این محصول و استفاده از آن در تولید گوشی های موبایل، عمر باتری آن ها چهار برابر خواهد شد. یعنی ممکن است در هر سه یا چهار روز یکبار نیاز به شارژ کردن باتری داشته باشیم!
بنابر اطلاعاتی که آی بی ام منتشر کرده است، این شرکت با استفاده از فناوری 2 نانومتری 50 میلیارد ترانزیستور را روی چیپی به اندازه یک ناخن انگشت جای دهد. این در شرایطی است که رکورد قبلی در سال 2017 و قرار دادن 30 میلیارد ترانزیستور در چیپی با فناوری ساخت 7 نانومتری بود.
چیپ های جدید آی بی ام می تواند محصولات دنیای فناوری را با کارآمدی بیشتر و مصرف انرژی بهتر روانه بازار کند. فناروی ساخت دو نانومتری مهمترین سد ساخت تراشه ها بود که حالا با چیپ های جدید آی بی ام این معضل مرتفع شده است.
درواقع تراشه و فناوری ساخت آن در سرعت کامپیوترها و دستگاه های هوشمند موثر است و هرچه کوچکتر باشد انرژی کمتری مصرف می کند. اما حالا مدت زیادی بود که روند کوچک کردن تراشه ها به دلایل علمی کند تر شده و شرکت های فعال این حوزه با سرمایه گذاری میلیاردی می گوشند به نسخه های ریزتری دست پیدا کنند. در ادامه با بررسی چیپ های جدید آی بی ام با ما باشید.
چیپ های جدید آی بی ام (IBM)
بسیاری از لپ تاپ ها و تلفن های هوشمند امروزی از تراشه های 7 نانومتری استفاده می کنند و کاهش چشمگیر اندازه تراشه ها انقلابی را در افزایش سرعت دستگاه ها ایجاد می کند.
آی بی ام را صرفا به دلیل چیپ های جدید آی بی ام با فناوری 2 نانومتری نمی شناسیم، مدت ها پیش از این این شرکت تولید کننده اصلی تراشه های کامپیوتری محسوب می شد. این شرکت اما در ادامه این روند مسئولیت تولید تراشه های خود را به سامسونگ واگذار کرد و تنها یک مرکز تحقیق و توسعه تراشه در نیویورک را نگهداری کرد.
چیپ های جدید آی بی ام محصول سرمایه گذاری 3 میلیارد دلاری آی بی ام در این مرکز تحقیقاتی روی پروژه ای با عنوان به سوی تراشه 7 نانومتری و فراتر از آن است که از مدت ها پیش آغاز شده است. در تولید چیپ های جدید آی بی ام بلوک سازنده تراش یعنی ترانزیستور هدف قرار گرفته است و کوچکتر شده است.
ترانزیستور مانند یک سوییچ خاموش و روشن عمل می کند و اعداد 0 و 1 باینری را می سازند که زیرساخت کامپیوترهای مدرن را تشکیل می دهند. سد مهم مانع در ساخت تراشه های 2 نانومتری مربوط به این بود که هنگام خاموش بودن این سوییچ های ریز، الکترون از آن ها نشت می کرد.
داریو گیل، معاون رئیس و مدیر تحقیقات ای بی ام گفته است که دانشمندان ورقه هایی از مواد عایق به ضخامت چند نانومتر را داخل سوییچ ها قرار داده اند تا نشت الکترون کنترل شود.
رقبای آی بی ام سال هاست که در کوشش برای کوچکتر کردن ابعاد تراشه ها هستند. در حال حاضر آیفون 12 های اپل در مرز این تکنولوژی ایستاده اند و از تراشه هایی با فناوری ساخت 5 نانومتری استفاده می کنند. این در شرایطی است که اینتل شرکت معروف سازنده ریزپردازنده های کامپیوتری موفق به ساخت تراشه 7 نانومتری شده است. با وجود ساخت چیپ های جدید آی بی ام با فناوری 2 نانومتری، به نظر باید چند سالی منتظر به کارگیری رسمی چیپ های جدید آی بی ام در محصولات هوشمند باشیم.
بیشتر بخوانید: تراشه کوانتومی چیست؟
مزایای چیپ های جدید آی بی ام
شاید تا اینجای مطلب با خود بگویید که خب چه فرقی بین فناوری 2 نانومتری و 7 نانومتری وجود دارد و اصلا مگر چه تفاوتی هست؟ پیش از این هم اشاره کردیم که گوشی های مجهز به تراشه های 2 نانومتری تا چهار برابر شارژدهی و عملکرد بهتری نسبت به گوشی هایی با تراشه 7 نانومتری خواهند داشت و شاید هر 4 روز یکبار نیاز به شارژ شدن داشته باشند.
به علاوه لپ تاپ های مجهز به تراشه 2 نانومتری عملکردی سریع تر خواهند داشت. همچنین وسایل نقلیه خودران نیز ی توانند اجسام را سریعتر شناسایی کنند و نسبت به آن واکنش نشان دهند. این شرکت می کوشد فناوری جدید را در بهبود مصرف انرژی دیتاسنترها، اکتشافات فضایی، هوش مصنوعی، شبکه های ارتباطی 5 جی و 6 جی و محاسبات کوانتومی کاربرد خواهد داشت.
چیپ های جدید آی بی ام با فناوری 2 نانومتری می تواند رقبای خود را به سادگی پشت سر بگذارد. اپل M1 و A14 و البته هوآوی کایرین 9000 نخستین تراشه هایی بودند که با فناوری 5 نانومتری TSMC ساخته شده اند. تولیدکنندگان تراشه از جمله AMD و کوالکام نیز از تراشه های 7 نانومتری این شرکت استفاده می کنند. با این وجود اسنپدراگون 888 با فناوری 5 نانومتری سامسونگ ساخته می شود.
در حال حاضر دقیقا نمی توانیم بگوییم که تراشه های 2 نانومتری دقیقا چه زمانی در دستگاه های مصرفی استفاده می شود. با این حال می دانیم که تولید این نوع تراشه در تعداد بالا دشواری های زیادی خواهد داشت. IBM امسال نخستین تراشه های 7 نانومتری خود را برای سیستم های تغذیه سرور عرضه می کند. با اینکه چند سالی تا عرضه و استفاده رسمی از تراشه های 2 نانومتری طول می کشد اما همین که میدانیم این سد تولیدی کنار رفته است خبر خوبی است.
بیشتر بخوانید: قابلیت شفافیت ردیابی اپ چیست؟
فناوری های ساخت تراشه کدامند؟
جدا از مسائل پیچیده در تولید تراشه ها، یک مسکل اساسی در روند توسعه تراشه های جدید، کوچکتر کردن ابعاد ترانزیستورهاست. امروزه شرکت هایی چون اپل و ای ام دی، بعد از تلاش های زیاد به فناوری ساخت تراشه های 5 نانومتری دست یافته اند. مسئله اساسی اینجاست که در ساختارهای زیر 10 نانومتر، ابعاد ترانزیستورها به ابعاد اتمی نزدی می شود و در این صورت قوانین فیزیک کوانتوم نمود بیشتری پیدا می کند . در اینجا قواعد بازی عوض می شود و ساخت تراشه منوط به درنظرگرفتن قواعد فیزیک کوانتوم است. مثلا تصور کنید که یک الکترون بتواند از یک ترانزیستور به دیگری تونل بزند و این طبیعتا امر مطلوبی نیست!
محاسبات رایج (Conventional Computing)
کامپیوترهای رایج می توانند اعداد 0 و 1 را در حافظه خود ذخیره و روی آن عملیات ساده ریاضی انجام دهند. عمل ذخیره سازی و پردازش توسط ترانزیستورها صورت می گیرد. گفتیم که ترانزیستور درواقع شباهت زیادی به کلیدهای خاموش و روشن کردن دارد. یک ترانزیستور در نتیجه می تواند خاموش یا روشن باشد. درست همانطور که نور می تواند روشن و خاموش شود. از ترانزیستور روشن برای ذخیره 1 و از ترانزیستور خاموش برای ذخیره 0 استفاده می شود. رشته های طولانی صفر و یک ها می توانند برای ذخیره هر عدد، نماد یا حرفی به کار برود.
مثلا در قواعد کد اسک، رشته 1000001 برای نمایش A و رشته 01100001 برای نمایش a به کار برده می شود. هر کدام از 0 و 1 ها یک رقم باینری یا بیت نامیده می شود و با رشته ای 8 بیتی می توانید 255 کاراکتر مختلف مثل a تا z یا A تا Z و 0 تا 9 را ذخیره سازی کنید. یادآوری این نکته ضروری به نظر می رسد که هر 8 بیت معادل 1 بایت در نظر گرفته می شود.
کامپیوترها با استفاده از مدارهای منظقی که از تعدادی ترانزیستور ساخته می شود، محاسبات و پردازش را انجام می دهند. یک گیت منظقی یک بیت را سنجیده و در حافظه ای موقت موسوم به رجیستری ذخیره می کند. سپس آن ها را به صورت حالت جدیدی بدل می کند. در واقع معادل عمل جمع و تفریق یا ضرب که ما در ذهن خود انجام می دهیم. یک الگوریتم در سطح پایین به طور فیزیکی، درواقع متشکل از چندین گیت منطقی است که در کنارهم تشکیل یک مدار الکتریکی را داده است. این مدار محاسبه یا عمل خاصی را انجام می دهد.
خب همانطور که گفتیم فرایند ساخت ترانزیستورهایی با ابعاد کوچیکتر در لیتوگرافی های زیر 10 نانومتر به کندی پیش می رود. تا پیش از اختراع ترانزیستور در سال 1947، سوییچ هایی که کار ترانزیستور را انجام می دادند، لامپ هایی در خلا بودند که اندازه بزرگی داشتند. امروزه یک تراشه پیشرفته ابعادی به اندازه یک ناخن دارد. در دهه 1960 گوردون مور، از بنیانگذاران شرکت اینتل ،قانون تجربی که به قانون مور معروف است را مطرح کرد.
این قانون پیش بینی می کند که به طور متوسط هر 18 ماه، تعداد ترانزیستورهای روی یک تراشه با مساحت ثابت، دوبرابر می شود. بنابر پیش بینی مور از دهه 1960 تا امروز، با افزایش تعداد ترانزیستورها و در نتیجه افزایش حافظه و سرعت عملکرد ابزارهای هوشمند، برخی مسائل مهم و پیچیده حل شده اند. اما همچنان مسائلی وجود دارد که حتی سوپرکامپیوترهای چند سال اخیر نیز توان حل آن ها را ندارند. حالا و با روند کند ساخت تراشه هایی با لیتوگرافی زیر 10 نانومتر، به نظر قانون مور در پایان عمر خود است.
بیشتر بخوانید: بهترین شاسی بلندهای 2021
کارکرد محاسبات کوانتومی در ساخت پردازنده
فیزیک کوانتوم، قوانین حاکم بر دنیای میکروسکوپی اتم ها و ذرات زیر اتمی را تشریح می کند. در مقیاس اتمی، قوانین فیزیک کلاسیک از حیز انتقاع ساقط شده و به قوانین جدیدی نیاز داریم.
خب فرض کنید با بخواهیم با کوچکتر کردن ابعاد ترانزیستورها بنابر قانون مور پیش روی کنیم. این ترانزیستورهای کوچک در لیتوگرافی زیر 10 نانومتر الزاما تابع قوانین فیزیک کلاسیک نیستند و از قوانین پیچیده تر کوانتومی استفاده می کنند. سوال اساسی در اینجا این است که آیا تراشه های ساخته شده با ترانزیستورهای کوانتومی می توانند امور رایج را پردازش کنند؟ به نظر پاسخ سوال مثبت است.
بیایید نگاهی به روند پیشرفت علوم کامپیوتری و محاسبات آن داشته باشیم که امروز سبب شده کامپیوترهای کوانتومی به گزینه جدی برای امور و محاسبات بدل شوند. آغاز این روند از دو فیزیکدان و محقق آی بی ام به نام های رالف لاندائور و کارلس بنت آغاز شد. لاندائور در دهه 1960 این مسئله را مطرح کرد که اطلاعات ماهیتی فیزیکی داشته با قوانین فیزیکی قابل تغییر هستند.
از نتایج مهم ایده لاندائور، این بود که کامپیوترها به واسطه دستکاری و تغییر اطلاعات، باعث هدر رفتن انرژی خواهند شد، به همین دلیل قسمت های پردازشی یک کامپیوتر نظیر تراشه مرکزی یا تراشه گرافیکی، حتی اگر عملیات سنگینی انجام ندهد انرژی زیادی مصرف می کند.
بنت در ادامه این امر و در دهه 1970 بود که نشان داد اگر کامپیوترها بتوانند عملیات پردازش را به طور برگشت پذیر انجام دهند، می توان مانع از اتلاف زیاد انرژی شد. منظور از پردازش یا محاسبات برگشت پذیر به طور خیلی ساده این است که با داشتن خروجی اطلاعات بتوان به اطلاعات ورودی پی برد.
برای این امر باید دروازه های منطقی ساخت که به طور برگشت پذیر کار می کنند. در فیزیک و محاسبات کلاسیک، تنها گیت NOT برگشت پذیر است.
پس انتظار می‌رود که کامپیوترهای کوانتومی با انجام محاسباتی برگشت‌پذیر، عملیات گسترده و سنگینی را بدون صرف انرژی‌های بسیار زیاد انجام دهند. در مقام مقایسه خوب است بدانید که کامپیوتر کوانتومی D-Wave 2000Q ساخت شرکت کانادایی «دی ویو» (D-Wave) تنها 25 کیلو وات انرژی مصرف می‌کند. در حالی که سوپر کامپیوتر Summit که از تراشه های شرکت انویدیا استفاده می‌کند توان مصرفی 13مگاوات را دارد
در سال 1981 پائول بنیوف، از آزمایشگاه ملی سعی کرد ماشینی مشابه با یک کامپیوتر معمولی بسازد که بنابر قوانین فیزیک کوانتوم کار می کند. سال بعد از این، ریچارد فاینمن، با استفاده از اصول مکانیک کوانتومی، چگونگی استفده از یک ماشین برای انجام محاسبات را نشان داد. چندی بعد از این نیز در دانشگاه آکسفورد، دیوید دویچ، یکی از تاثیر گذارترین افراد در توسعه محاسبات کوانتومی، مبانی نظری و تئوری کامپیوترهای کوانتومی را ارائه داد.
ویژگی‌های اصلی کامپیوترهای معمولی نظیر بیت، الگوریتم، گیت‌های منطقی و … به طور مشابه در کامپیوترهای کوانتومی نیز وجود دارند. اصلی‌ترین جز یک کامپیوتر کوانتومی، در واقع واحد پردازش اطلاعات، بیت کوانتومی یا کیوبیت است. عملکرد یک کیوبیت شاید کمی مبهم به نظر آید.
در توضیح باید بگوییم که اگر هر بیت در ادبیات کلاسیک ما در هر لحظه تنها بتواند یکی از دو مقدار 0 یا 1 را شامل شود، یک کیوبیت در هر لحظه می تواند 0 یا 1 باشد و حتی هر چیزی بین 0 و 1! درواقع یک کیوبیت در حالت برهمنهی از حالت های پایه 0 و 1 است. برای مشخص شدن حالت کیوبیت اما باید آن را اندازه گیری کرد. در این حالت برهمنهی فرو ریخته و کیوبیت با یک احتمال در 0 و 1 ظاهر خواهد شد.
از آنجایی که یک کیوبیت در هر لحظه می‌تواند مقادیر مختلفی را به طور هم‌زمان در خود ذخیره کند (برهمنهی از حالت‌های 0 و ۱)، می‌توان نتیجه گرفت که یک کامپیوتر کوانتومی به هنگام پردازش کیوبیت‌ها، می‌تواند اطلاعات را به صورت هم‌زمان پردازش کند. در واقع بر خلاف کامپیوترهای معمولی که عمل پردازش و محاسبات را به طور «سری» (Serial) انجام می‌دهند، کامپویترهای کوانتومی می‌تواند محاسبات را به صورت «موازی» (Parallel) انجام دهند. این امر سرعت بسیار زیادی را در انجام محاسبات نسبت به یک کامپیوتر معمولی به ارمغان می‌آورد.
میدانیم که بیت‌های معمولی به وسیله گیت‌های منطقی پردازش می‌شوند. در کامپیوترهای کوانتومی نیز، کیوبیت‌ها توسط گیت‌های کوانتومی پردازش می‌شوند. گیت‌های کوانتومی در واقع عملگر یا اپراتورهای (Quantum Operators) تحول زمانی یکانی هستند که در مدت زمان مشخصی، یک نگاشت یک به یک را انجام داده و در یک حالت کوانتومی را به حالت دیگری تبدیل می‌کنند. از آنجایی که گیت‌های کوانتومی، نگاشتی یک به یک را انجام می‌دهند، عملیات انجام شده توسط آن‌ها برگشت‌پذیر است.
بیشتر بخوانید:
- بهترین هدست برای PS5
- بهترین هدفون های 2021
- بهترین تبلت های 2021
- ارزان ترین تبلت های 2021
- بهترین ساعت های هوشمند 2021
- بهترین مادربردهای 2021
- بهترین سیستم گیمینگ ارزان قیمت
نظر شما در خصوص تراشه های کوانتومی چیست؟ نظرات خود را در بخش کامنت ها با تکراتو در میان بگذارید.
