در دنیای فناوری، پیشرفت‌های چشمگیر در زمینه‌ی تراشه های سه بعدی (3D Chips)، در حال باز تعریف مرزهای قدرت پردازش و کارایی سخت افزارها هستند. با نزدیک شدن صنعت الکترونیک به محدودیت‌های فیزیکی در کوچک سازی ترانزیستورها، محققان به دنبال راه حل‌های نوآورانه‌ای هستند تا بتوانند تعداد ترانزیستورها را افزایش داده و عملکرد تراشه ها را بهبود بخشند.
تراشه های سه بعدی ، با ساختار لایه‌ای خود، امکان انباشت عمودی ترانزیستورها را فراهم کرده‌اند و نویدبخش تحولی بزرگ در صنعت نیمه‌هادی و هوش مصنوعی هستند. در این مطلب، به بررسی آخرین دستاورد مهندسان MIT در توسعه‌ی تراشه های سه بعدی و تأثیر آن بر آینده‌ی فناوری می‌پردازیم.
مهندسان MIT تراشه های سه بعدی عمودی می‌سازند
صنعت الکترونیک با محدودیت تعداد ترانزیستورهایی که می‌توان بر روی سطح یک تراشه کامپیوتری قرار داد، مواجه است. بنابراین، تولید کنندگان تراشه به جای گنجاندن ترانزیستورهای کوچکتر بر روی یک سطح به صورت افقی، به ساخت تراشه هایی با لایه‌های عمودی روی هم فکر می‌کنند.
یک تکنیک جدید در انباشته سازی الکترونیکی می‌تواند به طور نمایی تعداد ترانزیستورها را در تراشه ها افزایش دهد و به تولید سخت افزارهای هوش مصنوعی کارآمدتر کمک کند.
به جای فشرده سازی ترانزیستورهای کوچکتر بر روی یک سطح، صنعت به دنبال انباشته کردن لایه‌های مختلفی از ترانزیستورها و عناصر نیمه هادی است . چیزی شبیه به تبدیل یک خانه ویلایی به یک آسمان خراش.
این تراشه های چند لایه قادر خواهند بود داده‌های بیشتری را پردازش کرده و عملکردهای پیچیده‌تری را نسبت به تراشه های امروزی انجام دهند.
با این حال، یکی از موانع بزرگ در این زمینه، سکوی ساخت تراشه ها است. در حال حاضر، ویفرهای سیلیکونی حجیم به عنوان ساختار اصلی برای رشد عناصر نیمه هادی تک کریستالی با کیفیت بالا استفاده می‌شوند.
تراشه های انباشته باید شامل “کف” سیلیکونی ضخیم به عنوان بخشی از هر لایه باشند که باعث کاهش سرعت ارتباط بین لایه‌های نیمه هادی فعال می‌شود.
اما مهندسان MIT راه حلی برای این مشکل پیدا کرده‌اند. طراحی تراشه های سه بعدی چند لایه‌ای که نیازی به سکوی ویفر سیلیکونی ندارند و در دمایی کار می‌کنند که مدارهای لایه‌های زیرین آسیب نبینند.
در مطالعه‌ای که در مجله Nature منتشر شده است، این تیم اعلام کرده‌اند که از روش جدیدی برای ساخت تراشه‌ای چند لایه با لایه‌های متناوب مواد نیمه هادی با کیفیت بالا ،استفاده کرده‌اند که به طور مستقیم بر روی یکدیگر رشد کرده‌اند.
این روش به مهندسان امکان می‌دهد ترانزیستورها، حافظه‌ها و عناصر منطقی با عملکرد بالا را بر روی هر سطح کریستالی تصادفی بسازند ; نه فقط بر روی ساختارهای کریستالی حجیم ویفرهای سیلیکونی.
بدون وجود این زیرلایه‌های سیلیکونی ضخیم، لایه‌های نیمه هادی می‌توانند به طور مستقیم‌تری با یکدیگر در ارتباط باشند و این باعث بهبود و تسریع ارتباطات و محاسبات بین لایه‌ها می‌شود.
این محققان پیش بینی می‌کنند که این روش می‌تواند برای ساخت سخت افزارهای هوش مصنوعی، مانند تراشه های انباشته شده برای لپ تاپ‌ها یا دستگاه‌های پوشیدنی، استفاده شود که سرعت و قدرت پردازش آن‌ها مشابه ابرکامپیوترهای امروزی باشد و قادر به ذخیره سازی حجم عظیمی از داده‌ها به اندازه مراکز داده فیزیکی باشد.
Ki Seok Kim ، نویسنده اصلی مطالعه و استاد مهندسی مکانیک در MIT می‌گوید: “این پیشرفت پتانسیل عظیمی را برای صنعت نیمه هادی باز می‌کند و به تراشه ها این امکان را می‌دهد که بدون محدودیت‌های سنتی انباشته شوند. این تکنولوژی می‌تواند منجر به افزایش قدرت پردازش در کاربردهای هوش مصنوعی، منطق و حافظه شود.”
گام بعدی: تجاری سازی
برای تجاری سازی بیشتر این طراحی تراشه های سه بعدی انباشته شده، Kim اخیراً شرکتی به نام FS2 (مواد نیمه‌هادی دو بعدی آینده) تأسیس کرده است. او می‌گوید: “ما تاکنون این مفهوم را در مقیاس کوچک نشان داده‌ایم. گام بعدی، افزایش مقیاس برای نشان دادن عملکرد حرفه‌ای تراشه های هوش مصنوعی است.”
این تحقیق با همکاری محققانی از موسسه‌ی فناوری پیشرفته سامسونگ، دانشگاه سونگ کیون کوان در کره جنوبی و دانشگاه تگزاس در دالاس انجام شده است.
