نانوومیٹرس: وہ کیا ہیں اور وہ ہمارے سی پی یو کو کیسے متاثر کرتے ہیں

کیا آپ نے کبھی کسی پروسیسر کے نینوومیٹر کے بارے میں سنا ہے ؟ ٹھیک ہے ، اس مضمون میں ہم آپ کو اس اقدام کے بارے میں سب بتانے جارہے ہیں۔ اور سب سے اہم بات یہ ہے کہ نینو میٹر کا الیکٹرانک چپس اور مختلف عناصر پر کیا اثر پڑتا ہے جن کا ہم ان پیمائشوں سے رجوع کرتے ہیں۔

نینومیٹر کیا ہے؟

آئیے نینومیٹر کیا ہیں اس کی وضاحت کے ساتھ عین مطابق شروع کریں ، کیوں کہ یہ سادہ سی حقیقت نہ صرف کمپیوٹنگ کے لئے بہت سارے کھیل پیش کرے گی ، بلکہ حیاتیات اور دیگر علوم میں بھی جن سے مطالعہ اہم ہیں۔

نینومیٹر (این ایم) لمبائی کا ایک ایسا پیمانہ ہے جو بین الاقوامی نظام (ایس آئی) کا حصہ ہے۔ اگر ہم اس پر غور کریں کہ میٹر پیمانے پر معیاری یا بنیادی اکائی ہے تو ، ایک نینو میٹر میٹر کا ایک اربواں حصہ ہے یا کیا ہوگا:

عام انسان کے لئے قابل فہم الفاظ ، نینو میٹر کی پیمائش کرنے والی کوئی چیز ، ہم اسے صرف ایک اعلی طاقت والے الیکٹران مائکروسکوپ کے ذریعہ دیکھ سکتے ہیں۔ مثال کے طور پر ، کسی انسانی بال کا قطر تقریبا 80 80،000 نینو میٹر ہوسکتا ہے ، لہذا تصور کریں کہ الیکٹرانک اجزاء کتنا چھوٹا ہے جو صرف 14 این ایم ہے۔

یہ اقدام ہمیشہ موجود ہے ، یہ واضح ہے ، لیکن ہارڈ ویئر برادری کے لئے حالیہ برسوں میں اس کی ایک خاص مطابقت رہی ہے۔ تیزی سے چھوٹے سیمیکمڈکٹر یا ٹرانجسٹروں کی بنیاد پر مربوط سرکٹس بنانے کے لئے مینوفیکچررز کے مضبوط مقابلے کی وجہ سے۔

ٹرانجسٹر

ٹرانجسٹر اور الیکٹرانک سکیمیٹک

آپ نے کسی پروسیسر کے ٹرانجسٹروں کے بارے میں غیر فعال اور فعال گفتگو سنی ہوگی۔ ہم یہ کہہ سکتے ہیں کہ ٹرانجسٹر ایک چھوٹا ترین عنصر ہے جو الکٹرانک سرکٹ میں پایا جاسکتا ہے ، یقینا ، الیکٹرانوں اور برقی توانائی سے گریز کرتا ہے۔

ٹرانجسٹرز سیمیکمڈکٹر مواد سے بنے عناصر ہوتے ہیں جیسے سلیکن یا جرمینیم۔ یہ ایک ایسا عنصر ہے جو جسمانی حالات پر منحصر ہوتا ہے جس میں بجلی کا کنڈکٹر یا اس کے انسولیٹر کی حیثیت سے برتاؤ کیا جاسکتا ہے۔ مثال کے طور پر ، مقناطیسی میدان ، درجہ حرارت ، تابکاری وغیرہ۔ اور یقینا a ایک خاص وولٹیج کے ساتھ ، سی پی یو کے ٹرانجسٹروں کا معاملہ ہے۔

ٹرانجسٹر بالکل موجود انٹیگریٹڈ سرکٹس میں موجود ہے جو آج موجود ہیں۔ اس کی بہت اہمیت اس میں ہے کہ وہ کیا کرسکتا ہے: ان پٹ سگنل کے جواب میں آؤٹ پٹ سگنل تیار کریں ، یعنی محرک سے پہلے کرنٹ گزرنے کی اجازت دیں یا نہ دیں ، اس طرح بائنری کوڈ (1 موجودہ ، 0) پیدا ہوگا موجودہ نہیں)۔

منطق کے دروازے اور مربوط سرکٹس

نند بندرگاہیں

لتھوگرافی کے عمل کے ذریعے ، منطق کے دروازے بنانے کے لates کئی ٹرانجسٹروں سے بنا کسی خاص ڈھانچے کے ساتھ سرکٹس بنانا ممکن ہے۔ ایک منطقی گیٹ ٹرانجسٹر کے پیچھے اگلا یونٹ ہوتا ہے ، ایک ایسا الیکٹرانک ڈیوائس جو کسی خاص منطقی یا بولین تقریب کو انجام دینے کے قابل ہوتا ہے۔ ایک ساتھ یا کسی اور طریقے سے منسلک چند ٹرانجسٹروں کی مدد سے ، ہم ایس آئی ، اور ، نینڈ ، اور ، نہیں ، وغیرہ دروازے شامل ، منحرف اور پیدا کرسکتے ہیں ۔ الیکٹرانک جز کو منطق اسی طرح دی جاتی ہے۔

اسی طرح ٹرانجسٹروں ، ریزسٹروں اور کیپسیٹرز کے جانشین کے ساتھ مربوط سرکٹس تخلیق کیے جاتے ہیں جو تشکیل دینے کے قابل ہیں جو اب الیکٹرانک چپس کہلاتے ہیں۔

لتھوگرافی یا فوٹو گرافی

سلیکن وفر

لتھوگرافی ان انتہائی چھوٹے الیکٹرانک چپس کی تعمیر کا طریقہ ہے ، خاص طور پر اس نے فوٹو لیتھوگرافی اور پھر نانو لیتھوگرافی کے نام سے اخذ کیا ہے ، کیوں کہ اس کی ابتدا میں یہ تکنیک پتھروں یا دھاتوں میں مواد ریکارڈ کرنے کے لئے استعمال ہوتی تھی۔

جو کام فی الحال کیا جارہا ہے وہ سیمک کنڈکٹرز اور مربوط سرکٹس بنانے کے لئے اسی طرح کی تکنیک استعمال کررہا ہے۔ ایسا کرنے کے ل n ، نینوومیٹر موٹی سلکان ویفرز استعمال کیے جاتے ہیں جو ، کچھ اجزاء کی روشنی اور دیگر کیمیائی مرکبات کے استعمال کی روشنی میں ہونے والے عمل کے ذریعے ، مائکروسکوپک سائز کے سرکٹس بنانے کے قابل ہیں ۔ اس کے بدلے ، یہ وفر اسٹیک ہوجاتے ہیں جب تک کہ انہیں کسی پیچیدہ تھری ڈی چپ کا سامان نہ ملے ۔

موجودہ ٹرانجسٹروں میں کتنے نینو میٹر ہیں؟

پہلا سیمیکمڈکٹر پر مبنی پروسیسر 1971 میں انٹیل کے ذریعے اپنے جدید 4004 کے ساتھ شائع ہوا تھا ۔ کارخانہ دار 10،000 ینیم ٹرانجسٹر ، یا 10 مائکومیٹر بنانے میں کامیاب ہوگیا ، اس طرح ایک چپ پر 2،300 تک ٹرانجسٹر موجود ہیں۔

اس طرح مائکروٹیکنالوجی میں بالادستی کی دوڑ کا آغاز ہوا ، جو فی الحال نانو ٹکنالوجی کے لئے مشہور ہے۔ 2019 میں ، ہمارے پاس 14nm مینوفیکچرنگ پروسیس کے ساتھ الیکٹرانک چپس ہیں جو انٹیل کے براڈویل فن تعمیر ، 7nm ، AMD کے زین 2 فن تعمیر کے ساتھ آئے تھے ، اور یہاں تک کہ 5nm ٹیسٹ IBM اور دیگر مینوفیکچررز بھی کر رہے ہیں ۔ اپنے آپ کو کسی صورتحال میں ڈالنے کے لئے ، 5nm ٹرانجسٹر کسی ایٹم کے الیکٹران بادل سے صرف 50 گنا زیادہ بڑا ہوگا۔ کچھ سال پہلے ، 1 این ایم ٹرانجسٹر بنانا پہلے ہی ممکن تھا ، حالانکہ یہ مکمل طور پر تجرباتی عمل ہے۔

کیا آپ کو لگتا ہے کہ تمام صنعت کار اپنی اپنی چپس بناتے ہیں؟ ٹھیک ہے ، سچ یہ ہے کہ نہیں ، اور دنیا میں ، ہمیں چار بڑی طاقتیں مل سکتی ہیں جو الیکٹرانک چپس کی تیاری کے لئے وقف ہیں۔

• ٹی ایس ایم سی: یہ مائیکرو ٹکنالوجی کمپنی دنیا کی معروف چپ جمع کرنے والوں میں سے ایک ہے۔ در حقیقت ، یہ AMD (بنیادی حصہ) ، ایپل ، کوالکوم ، Nvidia ، ہواوے یا ٹیکساس کے آلے جیسے برانڈز کے پروسیسرز بناتا ہے۔ یہ 7nm ٹرانجسٹروں میں کلیدی صنعت کار ہے۔ گلوبل فاؤنڈری ۔ یہ سلیکن ویفر مینوفیکچررز میں سے ایک اور ہے جس میں زیادہ تر صارفین موجود ہیں ، بشمول اے ایم ڈی ، کوالکم ، اور دیگر۔ لیکن اس معاملے میں دوسروں کے درمیان 12 اور 14 ینیم ٹرانجسٹروں کے ساتھ ہے۔ انٹیل: نیلی دیو کی اپنی ایک پروسیسر فیکٹری ہے ، لہذا وہ اپنی مصنوعات تیار کرنے کے لئے دوسرے مینوفیکچررز پر انحصار نہیں کرتا ہے۔ شاید اسی وجہ سے 10nm فن تعمیر اپنے 7nm حریفوں کے خلاف تیار ہونے میں بہت وقت لے رہا ہے۔ لیکن آرام کی یقین دہانی کرو کہ یہ سی پی یو سفاکانہ ہوں گے۔ سام سنگ: کورین کمپنی کی بھی اپنی سلکان فیکٹری ہے ، لہذا ہم انٹیل جیسی شرائط پر ہیں۔ اسمارٹ فون اور دیگر آلات کے ل your اپنے پروسیسر بنانا۔

مور کا قانون اور جسمانی حد

گرافین ٹرانجسٹر

مشہور مور کا قانون ہمیں بتاتا ہے کہ ہر دو سال بعد مائکرو پروسیسرز میں الیکٹرانوں کی تعداد دوگنی ہوجاتی ہے ، اور سچائی یہ ہے کہ سیمی کنڈکٹرس کے آغاز سے ہی یہ سچ ہے۔ فی الحال ، چیسیں 7nm ٹرانجسٹروں کے ساتھ فروخت کی جاتی ہیں ، خاص طور پر اے ایم ڈی نے ڈیسک ٹاپس کے ل l اس فوٹو گرافی میں پروسیسرز رکھے ہیں ، زین 2 فن تعمیر کے ساتھ اے ایم ڈی رائزن 3000۔اسی طرح ، کوالکوم ، سیمسنگ یا ایپل جیسے مینوفیکچر بھی موجود ہیں موبائل آلات کے لئے 7nm پروسیسرز۔

سلیکن بیسڈ ٹرانجسٹر بنانے کے لئے 5 این ایم نانوومیٹر جسمانی حد کے طور پر مقرر کیا گیا ہے ۔ ہمیں یہ جاننا چاہئے کہ عنصر ایٹم سے بنا ہوتے ہیں اور ان کا ایک خاص سائز ہوتا ہے۔ دنیا کے سب سے چھوٹے تجرباتی ٹرانجسٹر 1nm کی پیمائش کرتے ہیں ، اور یہ سلیکن سے کہیں زیادہ کاربن ایٹموں پر مبنی مادے گرافین سے بنے ہیں۔

انٹیل ٹک ٹوک ماڈل

انٹیل ٹک ٹاک ماڈل

یہ وہ ماڈل ہے جسے تیار کرنے والے انٹیل نے 2007 کے بعد سے اپنے پروسیسرز کے فن تعمیر کو تخلیق اور تیار کرنے کے لئے اپنایا ہے۔ اس ماڈل کو دو مراحل میں تقسیم کیا گیا ہے جو مینوفیکچرنگ کے عمل کو کم کرنے ، اور پھر فن تعمیر کو بہتر بنانے پر مبنی ہے۔

ٹک مرحلہ اس وقت ہوتا ہے جب مینوفیکچرنگ کا عمل کم ہوجاتا ہے ، مثال کے طور پر 22nm سے 14nm تک۔ اگرچہ ٹاک مرحلہ یہ کرتا ہے کہ وہی مینوفیکچرنگ کے عمل کو برقرار رکھے اور نانوومیٹروں کو مزید کم کرنے کی بجائے اگلی تکرار میں اس کو بہتر بنائے۔ مثال کے طور پر ، 2011 کا سینڈی برج فن تعمیر ٹوک تھا (نہہلیم کے 32nm سے ایک اصلاح) ، جبکہ آئیوی برج 2012 میں ٹک تھا (گھٹ کر 22nm)۔

ایک ترجیحی ، اس منصوبے کا اس نے کیا ارادہ کیا تھا کہ وہ ایک سال ٹک بنائے اور وہ ٹوک کو جاری رکھے ، لیکن ہم پہلے ہی جان چکے ہیں کہ نیلی دیو نے 2013 سے اس حکمت عملی کو چھوڑ دیا ہے جس میں ہیس ویل میں 22 ینیم کے اضافے اور 14 این ایم میں اس اقدام کو آگے بڑھایا گیا ہے۔ 2014 ۔ اس کے بعد سے ، پورا قدم ٹوک رہا ہے ، یعنی ، 14 اینیم کو 2019 میں نویں نسل کے انٹیل کور تک پہنچنے تک بہتر بنانا جاری ہے۔ توقع کی جارہی ہے کہ اسی سال یا 2020 کے اوائل میں 10 این ایم کی آمد کے ساتھ ہی ایک نیا ٹک قدم ہوگا۔

اگلا مرحلہ: کوانٹم کمپیوٹر؟

ممکنہ طور پر سیمیکمڈکٹر پر مبنی فن تعمیر کی حدود کا جواب کوانٹم کمپیوٹنگ میں ہے ۔ یہ مثال کمپیوٹر کی ابتداء سے ہی کمپیوٹنگ کے فلسفہ کو مکمل طور پر بدلتا ہے ، ہمیشہ ٹیورنگ مشین پر مبنی ہے۔

ایک کوانٹم کمپیوٹر ٹرانجسٹروں پر مبنی نہیں ہوگا ، نہ ہی بٹس پر۔ وہ انو اور ذرات اور کیبٹس (کوانٹم بٹس) بن جاتے ۔ یہ ٹیکنالوجی الیکٹرانوں کے ذریعہ اس معاملے میں ریاست اور انووں کے تعلقات کو کنٹرول کرنے کی کوشش کرتی ہے تاکہ ٹرانجسٹر کی طرح کا آپریشن حاصل کیا جاسکے۔ بے شک ، 1 کیو بٹ بالکل بھی 1 بٹ کے برابر نہیں ہے ، چونکہ یہ انو دو نہیں بلکہ تین یا زیادہ مختلف ریاستیں تشکیل دے سکتے ہیں ، اس طرح اس پیچیدگی کو بڑھاتا ہے ، بلکہ کام کرنے کی صلاحیت بھی ہے۔

لیکن ان سب کے ل we ، ہمارے پاس کچھ چھوٹی چھوٹی حدود ہیں ، جیسے ذرات کی حالت پر قابو پانے کے لئے مطلق صفر (-273 ^o C) کے قریب درجہ حرارت کی ضرورت ہوتی ہے ، یا نظام کو خلاء میں رکھا جاتا ہے۔

• اس سبھی کے بارے میں مزید معلومات کے ل this ، اس مضمون کو ملاحظہ کریں کہ ہم نے کچھ عرصہ پہلے مطالعہ کیا تھا کہ کوانٹم پروسیسر کیا ہے۔

نینو میٹر پروسیسروں پر کیا اثر ڈالتے ہیں؟

ہم الیکٹرانکس کی اس دلچسپ اور پیچیدہ دنیا کو پیچھے چھوڑ دیتے ہیں جس میں صرف مینوفیکچررز اور ان کے انجینئر واقعی جانتے ہیں کہ وہ کیا کر رہے ہیں۔ اب ہم دیکھیں گے کہ الیکٹرانک چپ کے ل trans ٹرانجسٹر کے نینوومیٹروں کو کم کرنے سے اس کے کیا فوائد ہیں ۔

5nm ٹرانجسٹر

اعلی ٹرانجسٹر کثافت

کلید ٹرانجسٹر ہے ، وہ منطقی بندرگاہوں اور سرکٹس کی تعداد کا تعی.ن کرتے ہیں جنہیں صرف چند مربع ملی میٹر کے سلکان میں رکھا جاسکتا ہے۔ ہم 174 ملی میٹر ² میٹرکس جیسے 14nm انٹیل i9-9900K میں تقریبا 3 3 بلین ٹرانجسٹروں کے بارے میں بات کر رہے ہیں۔ اے ایم ڈی رائزن 3000 کے معاملے میں ، ⁷ ملی میٹر کے ساتھ 74 ملی میٹر ² صف میں تقریبا 3. 3.9 بلین ٹرانجسٹرس۔

تیز رفتار

جو کام کرتا ہے وہ چپ کو بہت زیادہ پروسیسنگ پاور فراہم کرتا ہے ، کیونکہ یہ سیمک کنڈکٹروں کی اعلی کثافت والی چپ پر بہت سی ریاستوں کے ساتھ تالہ لگانے کی صلاحیت رکھتا ہے۔ اس طرح سے ، ہر چکر کے مطابق مزید ہدایات حاصل کی جاتی ہیں ، یا ایک ہی چیز ہے ، ہم پروسیسر کا آئی پی سی اٹھاتے ہیں ، مثال کے طور پر اگر ہم زین + اور زین 2 پروسیسرز کا موازنہ کریں۔ دراصل ، اے ایم ڈی کا دعوی ہے کہ اس کے نئے سی پی یو نے ان میں اضافہ کیا ہے پچھلی نسل کے مقابلے میں کور سی پی آئی 15 فیصد تک ہے۔

عظیم تر توانائی کی کارکردگی

کم نینو میٹر والے ٹرانجسٹر رکھنے سے ، ان میں سے گزرنے والے الیکٹرانوں کی مقدار کم ہے۔ اس کے نتیجے میں ، ٹرانجسٹر کم بجلی کی فراہمی کے ساتھ ریاست کو تبدیل کرتا ہے ، لہذا اس سے توانائی کی کارکردگی میں بہت زیادہ اضافہ ہوتا ہے۔ تو ہم کہتے ہیں کہ ہم کم بجلی کے ذریعہ ایک ہی کام کرسکتے ہیں ، لہذا ہم فی واٹ استعمال میں زیادہ پروسیسنگ پاور پیدا کررہے ہیں ۔

یہ بیٹری سے چلنے والے آلات ، جیسے لیپ ٹاپ ، اسمارٹ فون ، وغیرہ کے لئے بہت اہم ہے۔ 7 این ایم پروسیسر رکھنے کا فائدہ ، ہمارے پاس ناقابل یقین خودمختاری والے فون ، اور نئی اسنیپ ڈریگن 855 ، ایپل کا نیا A13 بایونک اور ہواوے سے کیرن 990 کے ساتھ شاندار کارکردگی کا حامل ہے۔

چھوٹی اور تازہ چپس

آخری لیکن کم از کم ، ہمارے پاس منیٹورائزیشن کی صلاحیت موجود ہے ۔ اسی طرح جس سے ہم فی یونٹ رقبہ میں زیادہ ٹرانجسٹر لگا سکتے ہیں ، ہم اس میں بھی کمی ڈال سکتے ہیں تاکہ چھوٹی چھوٹی چپس لگے جو کم حرارت پیدا کرتے ہیں ۔ ہم اس ٹی ڈی پی کو کہتے ہیں ، اور یہ گرمی ہے کہ ایک سلیکن اپنے زیادہ سے زیادہ معاوضے کے ساتھ پیدا کرسکتا ہے ، خبردار ، یہ بجلی کی طاقت نہیں ہے جو اسے استعمال کرتی ہے۔ اس کی بدولت ، ہم آلات کو چھوٹا بناسکتے ہیں اور اس سے اتنی ہی حرارت بڑھ جاتی ہے کہ ایک ہی پروسیسنگ پاور موجود ہے۔

اس کے نقصانات بھی ہیں

ہر بڑے قدم کے اپنے خطرات ہوتے ہیں ، اور نانو ٹیکنالوجی میں بھی یہی کہا جاسکتا ہے۔ کم نانوومیٹروں کے ٹرانجسٹروں کی وجہ سے ، مینوفیکچرنگ کے عمل کو انجام دینے میں بہت مشکل ہے ۔ ہمیں بہت زیادہ جدید اور مہنگے تکنیکی ذرائع کی ضرورت ہے ، اور ناکامیوں کی تعداد میں کافی حد تک اضافہ ہوتا ہے۔ اس کی ایک واضح مثال یہ ہے کہ نئے رائزن 3000 میں درست چپس کے فی فی گھنٹہ کی کارکردگی میں کمی واقع ہوئی ہے۔ جبکہ زین + 12 این ایم میں ہمارے پاس تقریبا function 80 فیصد عمدہ چپس فی ویفر کے برابر تھے ، جبکہ زین 2 میں یہ فیصد کم ہوکر 70 فیصد رہ گیا تھا۔.

اسی طرح ، پروسیسروں کی سالمیت کو بھی سمجھوتہ کیا جاتا ہے ، اس طرح زیادہ مستحکم بجلی کے نظام کی ضرورت ہوتی ہے ، اور بہتر سگنل کے معیار کے ساتھ۔ یہی وجہ ہے کہ نئے AMD X570 چپ سیٹ بورڈ میں کارخانہ داروں نے کوالٹی وی آر ایم بنانے میں خاص خیال رکھا ہے۔

نینومیٹروں کے بارے میں نتائج

جیسا کہ ہم دیکھتے ہیں ، یہ ٹیکنالوجی چھلانگ اور حد سے آگے بڑھ رہی ہے ، حالانکہ کچھ ہی سالوں میں ہمیں مینوفیکچرنگ کے عمل ملیں گے جو پہلے ہی 3 یا 1 نینو میٹر کے ٹرانجسٹروں کے ساتھ استعمال ہونے والے ماد ofے کی جسمانی حد پر ہوں گے۔ آگے کیا ہوگا؟ ٹھیک ہے ہم یقینی طور پر نہیں جانتے ، کیوں کہ کوانٹم ٹیکنالوجی بہت سبز ہے اور تجربہ گاہ کے ماحول سے باہر ایسے کمپیوٹر کی تعمیر ممکن نہیں ہے۔

اب ہمارے پاس جو چیز ہوگی وہ یہ دیکھنا ہے کہ کیا اس معاملے میں کور کی تعداد میں اور بھی اضافہ ہوا ہے ، یا گرافین جیسے مواد جو تسلیم کرتے ہیں کہ الیکٹرانک سرکٹس کے ل trans ٹرانجسٹروں کی کثافت بہت زیادہ ہے۔

مزید اڈو کے بغیر ، ہم آپ کو دوسرے دلچسپ مضامین کے ساتھ چھوڑ دیتے ہیں۔

کیا آپ کو لگتا ہے کہ ہم 1nm پروسیسر دیکھنے کو ملیں گے؟ آپ کے پاس کیا پروسیسر ہے؟ ہم امید کرتے ہیں کہ مضمون دلچسپ تھا ، ہمیں کیا بتائیں آپ کے خیال میں۔