29/01/2021
ماذا يعني أن المُعالج مصنوع بتقنية 7 نانو متر أو 5 نانو متر؟
في هذا المنشور سأشرح لك الموضوع بتعمق مع قدر كبير من التبسيط
🔵 ماذا يعني نانو متر؟
في الأول أريد أن أقول لك هي وحدة قياس ،وهناك في العالم نظامين رئيسيين للقياس
كاين واحد إنجليزي، أخذ مسافة مُعينة وقالك هاذي اسمها "ياردة" من بعد قسمها على 3 أجزاء وقال الطول هذا اسمه "قدم" ومن بعد دا "القدم" وقسمه على 12 وقال هاذي اسمها "بوصة"
أما النظام المتري الفرنسي، فيه مسافة معينة اسمها متر، ولو قسّمتها لـ 100 جزء يصبح اسمه "سنتيمتر"
لو قسمت المتر على 1000 يصبح الناتج اسمه "ملليمتر"
لو قسمت المتر على مليون يصبح الناتج اسمه "ميكرو متر"
اذن لو قسّمت المتر لمليار جزء، الجزء الواحد اسمه "نانو متر"
🔵 يعني هو وحدة قياس ماذا في المُعالج؟
لو أردت إجابة سريعة ، هو وحدة قياس الترانزستور نفسه، لكن هذه ليست إجابة دقيقة وخليني أشرح لك أكتر
🔵 ماهو الترانزستور ؟
قبل ما نقلك ما هو الترانزستور لازم نقلك في الأول ماهي هي الوصلة الثنائية PN Junction؟
كل المواد لي في الطبيعة متقسمة إلى 3 أقسام، الأول يوصل الكهرباء، أو لا يوصل الكهرباء أبدا، أو شبه موصل
ماذا يعني شبه موصل مانيش فاهم؟
يعني يوصل كهرباء أو ما يوصلش كهرباء، حسب ما تتحكم فيه، كيما السيلكون والجيرمانيوم، شبه الموصلات Semi-Conductors هذه هي سبب وجود كل التقدم اللي راك فيه دوك
كيف نتحكم في الشبه موصل؟
نرجعوا لايام الفيزياء، أي عنصر في الكون له "نواة" ويلتف حولها إلكترونات، فمثلاً عنصر "الليثيوم" فيه 3 إلكترونات وعنصر "النحاس" فيه 29 إلكترون
لكن هذه الإلكترونات لا تلتف بعشوائية حول النواة، لكن بنظام اسمه "الأغلفة الذرية" وكل غلاف فيه عدد محدد من الإلكترونات فقط، الغلاف الأول 2 والتاني 8 والتالت 18
ركز معي، اذن "الليثيوم" هذا فيه غلافين، الأول فيه إلكترونين، والتاني فيه إلكترون واحد، ونقول على عدد الإلكترونات لي في آخر غلاف "تكافؤ العنصر"، يصبح الليثيوم أحادي التكافؤ
السيلكون والجيرمانيوم آخر غلاف فيهم فيه 4 إلكترونات، يعني تكافؤ رباعي، اذا خلط معه عنصر بتكافؤ ثلاثي ينتج عنه شبه موصل من النوع الموجب P-Type ولو خلط معاه عنصر بتكافؤ خماسي ينتج عنه شبه موصل من النوع السالب N-Type
لو أخدنا النوعين هاذو جنبا بعض، يصبح عندنا "وصلة P-N" والوصلة هاذي تسمى "دايود"
وباش يتبسط الموضوع ، اعتبر "الدايود" كيما البطارية القلم أو الحجر القلم (معناتها بيلا كيما تاع تيليكوموند ) اللي فيه موجب وسالب
لو أنت وصلت "الدايود" في الدائرة، موجب مع موجب وسالب مع سالب، الدايود هذا يوصل التيار في الدائرة، وهذا اسمه توصيل أو انحياز أمامي Forward Bias
ولو درت العكس، كأنك حطيت الحجر القلم في أي جهاز بالعكس، مايوصلش التيار، وهذا اسمه انحياز عكسي Inverse Bias
.
أنت دوك تقول واش دخلي في الوصلة الثنائية، أنا نحوس نعرف واش هو الترانزستور
اصبر راح نقلك
في 3 علماء ، "براتين وباردين وشوكلي" داروا حركة غريبة الوصلة داروها ثلاثية بدل الثنائية، يعني NPN أو PNP والكلام هذا كان سنة 1948
بالتالي اصبح عندنا 3 أطراف واسمهم الباعث Emitter والمُجمع Collector والقاعدة Base، وعلى حسب طريقة توصيل الوصلة ، راح يحصل انحياز أمامي (توصيل) أو انحياز عكسي (مُقاومة)
وبهذه الطريقة وليت أنت تتحكم في المقاومة وبالتالي الوصلة أصبح اسمها Transfer Resistor واختصرنا الكلمة لـ Transistor
الترانزستور اللي فات اسمه ترانزستور ثنائي القطب Bipolar Junction Transistor واختصاره BJT
.
بعدها بسنتين في 1950، كان في نوع تاني من الترانزستورات وصل لمرحلة متقدمة جدًا من النجاح، وهو ترانزستور تأثير المجال الكهربي Field Effect Transistor واختصاره FET
الترانزستور هذا عندوا نظام مختلف عن لي فات، هو يعمل قناة للتوصيل من نوع P أو N والطرفين تاع القناة اسمهم المنبع Source والمصرف Drain ويتحكم في مرور التيار في القناة وهذه هي الطرف الثالث للترانزستور واسمه البوابة Gate
الترانزستور FET أفضل بكتير من الـ BJT، يتحمل تيار أعلى، ومساحته أصغر وحرارته أقل
.
في سنة 1960 كان هناك عالم مصري اسمه محمد عطا الله، هو وعالم كوري طوروا ترانزستور جديد اسمه MOSFET وهذه اختصار Metal Oxide Semi-conductor FET
في النوع هذا ، تم عزل البوابة بمادة ثاني أكسيد السيلكون SiO2 وشوية تعديلات في التصميم ، نتج عنها أن الترازستور بقى أصغر جدًا جدًا في الحجم من FET
طول القناة في MOSFET كان 10 ميكرو متر - ركز في الأرقام - سنة 1971، وسنة 2000 كان طول القناة 180 نانو متر
طبعًا مع التطور الزمني، الترانزستور هذا يملك عدة بوابات Multi-gate MOSFET وكل شوية القناة تاع الترانزستور تصغر لحد ما وصلنا إلى ما يُسمى بـ FinFET
🔵 المُعالج شحال فيه من ترانزستور؟
كل سنة تقريبًا كان عدد الترانزستورات يتضاعف، المُعالج لي أنت تشوف مساحته حوالي 1 سنتيمتر مربع في الهاتف، فيه مليارات الترانزستورات، يعني على سبيل المثال، مُعالج Apple A14 Bionic فيه 11.8 مليار ترانزستور بتقنية تصنيع 5 نانو متر، يعني طول قناة الترانزستور الـMOSFET فيه 5nm
وكيما قلنا كل ما الرقم يكون أصغر، معناه عدد ترانزستورات أكتر وبالتالي عمليات أسرع، واستهلاك طاقة أقل، وحرارة أقل، وهذا مفهوم اسمه PPA اختصار لـ Power-Performance-Area
🔵 كيف يمكن أن يكون في المساحة الصغيرة هذا العدد المهول من الترانزستورات؟
بالطباعة الضوئية، أو اسمها "الليثيوجرافيا الضوئية" بالأشعة فوق البنفسجية Photolithography
أو بأحدث تقنية EUV وهذه اختصار Extreme Ultra-Violet Lithography
وباختصار شديد جدًا، يكون فيه خريطة أو رسمة لدائرة المُعالج بالكامل، من ترانزستورات ومقاومات وأسلاك ومكثفات وغيرها
الرسمة هاذي تتخدم على شريحة أو "رقاقة" من السيلكون باستخدام قناع ضوئي، الأماكن لي مش تحوس توصلها الأشعة ينحط فيها قناع والعكس، وهكذا يتم رسم الدائرة كلها رسم ثلاثي
