آیا نانو لوله های خلاء جدید می توانند جایگزین ترانزیستورها شوند؟

یکی از موضوعات مهم که ممکن است برای بسیاری از افراد جالب باشد، مشکلات مرتبط با افزایش کارایی چیپ‌ها بدون افزایش سرعت کلاک آن‌ها است. در حال حاضر، کمپانی اینتل و نیز دیگر شرکت‌های فعال در این حوزه، به دنبال راه‌حلی بلندمدت برای رفع این مشکلات هستند و انتظار می‌رود تکنولوژی ناشناخته آینده مقیاس سیلیکون‌ها را مجددا راه‌اندازی کرده و امکان استفاده دستاوردهای سنتی و پیشین را فراهم می‌کند.

محققان موسسه فناوری کالیفرنیا بر این باور هستند که احتمالا آن‌ها موفق به یافتن یک راه‌حل مناسب برای مشکل مورد بحث شده‌اند. این روش در واقع از یکی از تکنولوژی‌های قدیمی در این زمینه بهره می‌برد و در واقع از یک روش بسیار قدیمی به منظور رفع مشکلات کنونی استفاده شده است. بنا به گفته دکتر Axel Scherer لوله‌های خلاء می‌توانند کلید افزایش کارایی ترانزیستورها و نیز کاهش مصرف انرژی باشند.

به احتمال بسیار زیاد با شنیدن نام لوله خلاء شما نیز به یاد رادیوهای قدیمی یا شاید مادربرد Aopen’s AX4B-533 “TubeAmp” افتاده باشید. بنا به اعلام این گروه تحقیقاتی، سیستمی که دکتر Scherer و تیم وی درحال کار بر روی آن هستند، چیزی نیست جز لوله‌های خلاء کلاسیک که حالا اندازه آن‌ها ۱۰۰۰ برابر کوچک‌تر از یک سلول خونی انسانی شده که این یعنی اندازه این لوله‌های خلاء بسیار کوچک، بین ۶ تا ۸ نانومتر است. یکی از مشکلاتی که در پردازنده‌های مدرن امروزی وجود دارد، این است که مقادیر بسیار زیادی از انرژی در این نوع چیپ‌ها هدر می‌رود یا به عبارت بهتر انرژی زیادی از آن‌ها نشت می‌کند. طرحی که دکتر Scherer ارائه داده، از همین انرژی‌های نشت یافته استفاده می‌کند تا فعالیت خود را انجام دهد و در نتیجه این لوله‌های جدید باعث افزایش بهره‌وری در عملکرد کلی سیستم خواهند شد.

یکی از دلایل انجام چنین تحقیقی، این است که Scherer فکر می‌کند تیم‌های ریزپردازنده‌ها در مقیاس‌های زیر ۱۰ نانومتر با مشکلاتی مواجه می‌شوند. خواص سیلیکون در چنین مقایس کوچکی تغییر می‌کند که همین امر سبب می‌شود سیلیکون حالت الاستیک‌تری داشته باشد. Scherer در گفتگویی که با نیویورک‌تایمز داشته در این مورد اینگونه بیان کرده است: «این [سیلیکون در ابعاد کوچک‌تر از ۱۰ نانومتر] یک ماده متفاوت است و رفتار متفاوتی را نیز به شما نشان می‌دهد.»

دکتر Scherer قصد ندارد تا ترانزیستور را مجددا اختراع کند و نیز نمی‌خواهد جایگزینی برای اقتصاد سیلیکون ایجاد کند. شرکت معروف بوئینگ بر روی تحقیقات Scherer سرمایه‌گذاری کرده چراکه این تحقیق پتانسیل این را دارد که در صنایع حمل و نقل هوایی و برنامه‌های کاربردی فضایی و سیلیکون، مورد استفاده قرار گیرد. در واقع این تحقیق احتمالا یک استاندارد طلایی برای سالیان پیش رو و برای همه خواهد بود. حال پاسخ به این سوال جالب به نظر می‌رسد: آیا یک تکنولوژی اساسا متفاوت، می‌تواند در ابعاد میکروسکوپی و تا به این حد کوچک شود تا با استفاده از آن‌ها بتوان مشکلات ترانزیستورها را در ابعاد کوچک و مشکلات مربوط به کارایی و عملکرد آن‌ها در این ابعاد که در بالا به آن اشاره کردیم، رفع کند؟

شاید اینگونه باشد، اما مشکلات مختلفی وجود دارند که باید در این زمینه حل شوند. اولین مورد به تولید برمی‌گردد و باید به این سوال پاسخ داد که آیا می‌توان هزاران پردازنده که بر اساس لوله‌های خلاء کار می‌کنند را در طی هر ماه تولید کرد؟ ساخت پردازنده‌ها با این روش چقدر هزینه در بر خواهد داشت و سوئیچ کردن به سخت‌افزارهای جدید برای تولید این نوع چیپ‌ها و نیز ساخت اکوسیستم لازم برای تولید آن‌ها چه میزان هزینه نیاز دارد؟ آیا امکان تولید سریع این نوع پردازنده‌ها وجود دارد تا حدی که به اندازه محصولات کنونی در این حوزه بتوان آن‌ها را ساخت؟ و در آخر اینکه چگونه می‌توان این نوع پردازنده‌های جدید را با خط تولید محصولات کنونی یکپارچه‌سازی کرد؟

ممکن است سوالات یاد شده برای یک تکنولوژی که اساسا جدید است، خسته‌کننده به نظر برسند، اما همین سوالات کسل‌کننده هستند که در نهایت مشخص خواهند کرد که آیا این فناوری جدید به بازار راه خواهد یافت یا خیر. همچنین اگر بحث در این مورد به میان آید که شرکتی مثل اینتل نیز قادر به ساخت پردازنده‌های سریع‌تری نباشد، این موضوع صرفا بدان معنا نیست که سیلیکون، سریع‌ترین نیمه‌هادی موجود در جهان باشد. این یعنی اینتل نمی‌تواند روشی بیابد که بر اساس آن روش چیپ‌هایی تولید کند که سریع‌تر، ارزان‌تر و کاراتر بوده و در عین حال بتوان اندازه آن‌ها را نیز به میزان دلخواه کوچک کرد. 

لوله‌های خلا‌ء مینیاتوری می‌توانند به عنوان یکی از عوامل مهم در افزایش عملکرد کلی رایانه‌های شخصی باشند، بخصوص اگر بتوان آن‌ها در هر مقیاسی تولید کرد. اما هزینه و چالش‌های تولید چنین لوله‌هایی می‌تواند سد بسیار بزرگی برای این فناوری و برای تبدیل شدن به یک رقیب واقعی و نزدیک برای سیلیکون باشد. پیش از این نانو لوله‌های کربری و گرافن نیز برای انجام چنین کاری پیشنهاد شده‌ بودند. نکته جالب در مورد روشی که دراین مطلب به آن پرداختیم اما، این است که می‌توان با استفاده از یک تکنولوژی قدیمی به منظور بهبود و بهینه کردن عملیات‌های پردازشی مدرن بهره گرفت. در هرحال به نظر می‌رسد زمان و کار و نیز هزینه زیادی برای دستیابی به این هدف باید صرف شود.

نظر شما در این مورد چیست؟ آیا واقعا نانو لوله‌های خلاء می‌توانند آینده پردازنده‌ها را رقم بزنند؟