قانون مور، چگونه دنیای اطرافمان با این سرعت متحول شد

تاثیر تکنولوژی الکترونیک نیمه هادی بر ابعاد مختلف زندگی همه ی ما انسان ها به گونه ای عمیق و فراگیر بوده که در اطرافمان  به سادگی آن را می بینیم. کاربران تجهیزات الکترونیکی  هم از تولید کننده ها انتظار دارند تجهیزاتی با قابلیت بیشتر و ارزان تر تولید کنند. ولی سوال اینجاست که چگونه تکنولوژی ساخت مدارهای مجتمع با گذشت زمان با این شدت پیشرفت می کند؟ یکی از معروف ترین پیش بینی ها در زمینه ی پیشرفت صنعت الکترونیک قانون مور نام دارد که می گوید:”تعداد اجزای مجتمع سازی شده در یک مدار مجتمع نیمه هادی در هر سال دو برابر می شود.” .

گوردون مور کیست؟

گوردون مور یک دانشمند در زمینه ی الکترونیک نیمه هادی است که دکترای خود را در زمینه ی شیمی از دانشگاه Caltech دریافت کرد. او یکی از هشت دستیار ویلیام شاکلی، مخترع فقید ترانزیستور، بود که پس از دریافت جایزه ی نوبل توسط شاکلی، او را ترک کردند و با سرمایه گذاری شخصی به نام شرمن فیرچایلد شرکت Fairchild Semiconductor را بنیانگذاری کردند که در صنعت نیمه هادی بسیار موثر بود. بعدها مور و دو مهندس دیگر شرکت اینتل را تاسیس می کنند که از چند دهه گذشته تا کنون شرکت پیشرو در مدارات مجتمع نیمه هادی به حساب می آید.

گوردون مور در سال ۱۹۸۱

پیش ­بینی مور

پیشرفت تکنولوژی نیمه هادی از ساخت یک تک ترانزیستور تا ساخت مدارات مجتمعی با چند میلیارد ترانزیستور داستان جالبی است که یکی از اولین پیش بینی ها در مورد آن را گوردون مور انجام داد.در سال ۱۹۶۵، با گذشت شش سال از ساخت اولین ترانزیستور صفحه ای، مور پیشرفت فوق العاده ای را در روند ساخت مدارات ترانزیستوری مشاهده کرد: در شش سال گذشته(از ۱۹۵۹ تا ۱۹۶۵)  تعداد ترانزیستورهای قابل مجتمع سازی به ۶۴ عدد رسیده بود که یعنی در هر سال دو برابر شده بود. با تعمیم این روند، مور پیش بینی کرد که در سال ۱۹۷۵ ، تعداد ترانزیستورهای قابل مجتمع سازی به ۶۵۰۰۰ عدد میرسد.

پیش بینی مور از رشد تعداد ترانزیستورهای یک تراشه در سال ۱۹۶۵

ولی نکته ی جالب این است که این قاعده نه تنها برای ده سال بعد، یعنی ۱۹۷۵ ، برقرار بود، بلکه تا چندیدن سال بعد هم این قاعده باقی ماند و تنها در دو سال اخیر موضوع صدق نکردن قانون مور در آینده مطرح شده است. فیلم زیر توسط شرکت اینتل در پنجاه سالگی قانون مور منتشر شده است.

 

چرا قانون مور کار می کند؟

نمیتوان گفت که شتاب پیشرفت صنعت الکترونیک مانند سایر صنایع است، چون در مقایسه با سایر تکنولوژی ها به مراتب با سرعت بیشتری رشد کرده است و این شتاب در طول تاریخ فناوری در هیچ زمینه ای دیده نشده است. برخی متعقد اند صنعت نیمه هادی به علت محبوبیت و جذابیت بسیار بالا افراد با استعداد را راحت تر از بقیه ی صنایع جذب می کند. به این ترتیب این صنعت توانایی جذب سرمایه ی انسانی بالاتری را به نسبت سایر صنایع دارد.

رشد تکنولوژی ها عموما دو دسته محرک دارند. دسته ی اول، مولد هایی هستند که در اثر ابتکارات پژوهشی فناوری را به جلو می برند، مانند علاقه به ساخت تراشه هایی با مساحت بزرگتر، کاهش feature size (ابعاد لازم برای ساخت قطعه ای که کاربرد مشخصی دارد، مثلاً ابعاد یک ترانزیستور) و پیاده سازی تکنیک های هوشمندانه تر در طراحی سخت افزار.

ولی محرک های دیگری هم وجود دارند که به طور عمده روی کاهش قیمت تمام شده تکنولوژی موثر هستند. این محرک ها باعث می شوند تکنولوژی به لحاظ اقتصادی ارزش دنبال کردن را داشته باشد و بتواند به صورت محصول نهایی به بازار ارائه شود. در مورد صنعت تولید تراشه های نیمه هادی هر دونوع محرک به خوبی باعث پیشرفت این صنعت شده اند. نکته جالب دیگر این است که پس از چند سال از ارائه ی قانون مور، این قانون از یک پیش بینی در مورد صنعت نیمه هادی تبدیل به یک هدف و نقشه راه برای توسعه ی این فناوری تبدیل شد.

چالش های آینده

نمودار زیر نشان دهنده ی انحراف از قانون مور در چند ساله ی اخیر است.

انحراف از قانون مور در چند سال اخیر

با کوچک تر شدن ابعاد ترانزیستورها در مدارهای مجتمع، مشکلات زیادی از نظر فیزیک نیمه هادی و الکترونیک کوانتمی برای ترانزیستورها بوجود می آید. برای مثال می توان به اثر تونل زنی گیت، افزایش مقاومت درین-سورس، کاهش تحرک پذیری الکترون ها، اثر تونل زنی، کاهش قابلیت اطمینان و … اشاره کرد. ولی هیچ کدام از این عامل ها به اندازه ی افزایش توان مصرفی اثرگذار نیست زیرا با کاهش توان مصرفی می توان فرکانس کاری را بالا تر برد و به این ترتیب مدارات خواهند توانست با سرعت بیشتری وظایفشان را انجام دهند. برای حل این مشکل از راه حل کاهش ولتاژ آستانه استفاده میشد که انجام این کار بیشتر از این ممکن نیست. برای حل این مشکل باید مسئله ی مصرف توان در لحظه گذار روشن به خاموش (و یا بالعکس) را حل کرد. به هر حال اقتصادی بودن ساخت مدارهای مجتمع با ترانزیستورهای بیشتر بیش از هر زمان دیگری مورد چالش قرار گرفته، به طوری که بسیاری معتقد اند که پس از گذشت پنجاه سال موفق، شاید قانون مور نتواند تولد ۶۰ سالگی اش را جشن بگیرد.

دانلود منابع و فایل پاورپوینت

پاسخ دهید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *