لأول مرة، يستطيع العلماء تطوير شرائح كمبيوتر تحتوي على ترانزستورات أصغر من 1 نانومتر. وادعى العلماء أن بنية “NanoStack” الجديدة التي جعلت هذا ممكنًا يمكن أن تؤدي يومًا ما إلى إنتاج ترانزستورات صغيرة يصل حجمها إلى 0.1 نانومتر.
تعد الترانزستورات الجديدة ذات 0.7 نانومتر أصغر بكثير من تلك الموجودة في المعيار 2 نانومتر رقائق أشباه الموصلات المستخدمة في أجهزة الكمبيوتر العملاقة وأنظمة الذكاء الاصطناعي ووحدات معالجة الرسومات المتقدمة (GPUs). في حين أن تحديد الحجم لا يرتبط بالضرورة بالقياس الدقيق للترانزستورات الموجودة على الرقائق، إلا أنه يمثل قدراتها العامة.
بشكل أساسي، كلما كانت الترانزستورات والمكونات الداعمة لها أصغر، كلما كان من الممكن وضعها على الشريحة. على سبيل المثال، يمكن لتصميم شريحة 2 نانومتر نموذجي أن يلائم ما يقرب من 50 مليار ترانزستور في مساحة بحجم ظفر الإنسان.
تتميز الشريحة الجديدة بوجود ترانزستورات صغيرة جدًا بحيث لا يتم قياسها بالنانومتر ولكن “أنجستروم“، وهي وحدة قياس مخصصة عادةً للذرات. ومن المتوقع أن يتم تصنيع أول هذه الرقائق باستخدام ترانزستورات يبلغ حجمها 7 أنجستروم فقط – أي ما يعادل 0.7 نانومتر أو عرض جزيء الجلوكوز تقريبًا.
بهذا الحجم، يمكن للمهندسين ضغط ما يقرب من 100 مليار ترانزستور في مساحة بحجم ظفر الإصبع، أي ما يقرب من ضعف مساحة المنصة الحالية التي تبلغ 2 نانومتر.
التراص والمذهلة
حقق العلماء هذا الإنجاز باستخدام تقنية جديدة تسمى “nanostacking”، والتي حددوها لأول مرة في دراسة نُشرت كجزء من مراجعة النظراء لعام 2025. ندوة حول تقنية VLSI والدوائر وتم تحميله في يوليو 2025 على آي إي إي إكسبلور الخادم. يتيح ذلك للمهندسين تكديس الأوراق النانوية المستخدمة في بناء الجيل السابق من رقائق الكمبيوتر بدقة 2 نانومتر عموديًا.
تتطلب التكنولوجيا المستخدمة في جميع الدوائر التقليدية – المعروفة باسم أشباه الموصلات لأكسيد المعدن التكميلي (CMOS) – درجات حرارة عالية للغاية أثناء التصنيع. ومع تقلص الترانزستورات، فإنها تعاني أيضًا من مشكلات مثل “احتجاز الشحنة” – حيث تصبح الإلكترونات أو الثقوب غير قادرة على الحركة بسبب العيوب أو الشوائب – و”تسرب البوابة” – وتبديد الطاقة الساكنة.
احصل على الاكتشافات الأكثر روعة في العالم والتي يتم تسليمها مباشرة إلى صندوق الوارد الخاص بك.
وقد شكلت مثل هذه المشاكل تحديا لمحاولات تقليص حجم الترانزستور إلى أقل من 2 نانومتر، وبالتالي تحسين أداء وكفاءة رقائق الكمبيوتر بما يتجاوز أفضل القدرات المتوفرة اليوم. وقال العلماء إن البنية المكدسة ثلاثية الأبعاد لشركة IBM تهدف إلى تخفيف بعض نقاط الألم هذه.
وقال “NanoStack عبارة عن ترانزستورات نانوية يتم تكديسها فوق بعضها البعض. ولكن لا يتم ذلك من خلال عملية طباعة حجرية وحفر بسيطة متجانسة”. هويمينغ بو نائب رئيس قسم البحث والتطوير العالمي لأشباه الموصلات في IBM وعمليات ألباني، خلال مؤتمر صحفي.
“ما يحدث هنا هو أننا في الواقع نقوم بتكديس الجهاز. أسميه التراص، ولكنه أيضًا مذهل. التكديس في الاتجاه العمودي، بحيث يمكن الاتصال بالجانب الأمامي لكل ترانزستور والجانب الخلفي لكل ترانزستور بشكل مستقل للإشارة والطاقة. يتم تكديس هذه الترانزستورات عن طريق رابطة عازلة واحدة، وهو ابتكار رئيسي قمنا بتطويره.”
(حقوق الصورة: آي بي إم)
وأضاف ممثلو شركة IBM في المؤتمر الصحفي أن التكنولوجيا الجديدة توفر أداءً أفضل بنسبة تصل إلى 50% مع انخفاض بنسبة 70% في استخدام الطاقة مقارنة بمنصة 2 نانومتر – وستحل في النهاية محل هذه التكنولوجيا تمامًا خلال السنوات الخمس المقبلة.
ويقول العلماء إن البحث يمكن أن يحمل آثارًا عميقة على صناعة الحوسبة، مع تأثيرات ثورية على العالم الذكاء الاصطناعي (منظمة العفو الدولية) و الحوسبة الكمومية القطاعات.
يمكن أن تكمن إحدى الفوائد التكنولوجية المباشرة أيضًا في إنشاء شرائح أفضل لذاكرة الوصول العشوائي الساكنة (SRAM)، والتي تُستخدم في مجموعة متنوعة من تطبيقات الحوسبة، بما في ذلك التخزين المؤقت لوحدة المعالجة المركزية والشبكات وفي أجهزة مثل أجهزة تنظيم ضربات القلب وأجهزة استشعار المركبات.
تعد SRAM أيضًا أمرًا حيويًا في معالجة الذكاء الاصطناعي لأنها تقع بالقرب من مراكز المعالجة (مقابل الأنواع الأخرى من وحدات ذاكرة الوصول العشوائي التي غالبًا ما تكون مكونات منفصلة)، مما يزيد من سرعة نقل البيانات حول الأنظمة وبالتالي تقليل الاختناقات.
وأضاف ممثلو IBM في المؤتمر الصحفي أنهم أظهروا تحسنًا بنسبة 40% في توسيع نطاق ذاكرة SRAM مقارنة بالمنصة 2 نانومتر. وسيكون هذا بمثابة نعمة لسير عمل الذكاء الاصطناعي، الذي يتطلب نطاقًا تردديًا وكفاءة أعلى بكثير.
مستقبل الحوسبة
وأضاف هويمينغ عن عملية التصميم: “لقد دخلنا بالفعل مجالًا يعتبر فيه تصنيع أشباه الموصلات أمرًا سحريًا تقريبًا”. “فكر في البنية التي نبنيها هنا. نحن في الواقع نودع الطبقة ذرة بعد ذرة، ونضع في الواقع طبقة ذرة بعد ذرة.”
قال ممثلو شركة IBM إن نهج التكديس النانوي ليس ترقية بسيطة ولكنه تحول بين الأجيال سيمكن المسابك في النهاية من توسيع نطاق هذه الرقائق من ترانزستورات 0.7 نانومتر إلى أنجستروم واحد أو 0.1 نانومتر فقط. الحفاظ على قانون مور على قيد الحياة لفترة أطول قليلا على الأقل.
وقالوا إن تقليص عقد الترانزستورات الموجودة على هذه الرقائق سيسمح بعمليات أكثر قوة، وذلك بفضل قفزة تقارب الضعف في عدد الترانزستورات، في حين أن التصميم المكدس والمتدرج يقلل بشكل كبير من متطلبات الطاقة. وقال هويمينغ إنه بينما يطالب الجميع بالأداء، لا أحد يريد دفع فاتورة الطاقة.
“سوف تحل محل ورقة النانو باعتبارها الاتجاه السائد اليوم [platform] في المسابك الرائدة. وأضاف: “سواء كان ذلك وحدة المعالجة المركزية أو وحدة معالجة الرسومات”. “ونحن نعتقد أن التحول سيحدث عند حوالي 7 أنجستروم. لذلك، في غضون عقد من الزمن، سوف يصبح هذا اتجاهًا رئيسيًا آخر [platform] التي اخترعناها. هذه هي القفزة التالية في التكنولوجيا.”
تشير نتائج دراسة عام 2025 إلى أن مجموعة الشرائح لا يمكنها فقط توفير أداء محسّن كثيرًا مع استهلاك طاقة أقل بكثير، ولكنها قد توفر أيضًا طريقًا نحو تقليل التأثير الحراري الذي تحدثه الحوسبة عالية الطاقة على الأجهزة.
وقال ممثلو شركة IBM إن هذه الابتكارات يمكن أن يكون لها أيضًا تأثير على الحوسبة الكمومية، لأنها يمكن أن تؤدي إلى تحسينات في مجال الحوسبة الكمومية. الأنظمة الكلاسيكية والتي ستعمل بها أجهزة الكمبيوتر الكمومية معًا مع ظهور التكنولوجيا.
“بالنسبة للحوسبة الكمومية، نحتاج إلى استخدام الكثير من الحوسبة الكلاسيكية معها.” جاي جامبيتاوقال مدير الأبحاث في IBM خلال المؤتمر الصحفي. “نريد أن نبني أجهزة فك التشفير، ونريد أن نبني وحدات تحكم لأجهزة فك التشفير والمسرعات. ونحن نعمل الآن على هذا النوع من الأجهزة الكلاسيكية باستخدام 2 نانومتر [platform]. إذا تمكنا من الاستمرار في تغيير النظام الأساسي، فاستخدم المزيد من الكفاءة والقوة [chipsets]، فهو لن يساعد إلا على المعدل والوتيرة التي يتعين علينا بها بناء الحوسبة الكلاسيكية التي تتوافق مع الكم.”
إس ريبوه وآخرون“.، “بنية الترانزستور NanoStack لعقدة CMOS 7A وما بعدها،” ندوة 2025 حول تقنية ودوائر VLSI (تقنية ودوائر VLSI)كيوتو، اليابان، 2025، الصفحات 1-3، دوى: 10.23919/VLSITechnologyandCir65189.2025.11074866.
مرتبط
اكتشاف المزيد من موقع مدسن medicine
اشترك للحصول على أحدث التدوينات المرسلة إلى بريدك الإلكتروني.
