تراشه قلب فنآوری دیجیتال سده 21
بیژن باران
قلب فنآوری دیجیتال تراشه در طراحی، تولید، کاربرد، ساختن بنگاه تراشه سازی است. با آغاز انقلاب اطلاعات در آمریکا فنآوری دیجیتال رشد نجومی کرد تا جایی که صنایع سوختی و لابی آنها در جنگهای میانه سده 20 بکنار رفته؛ گلوبالیزاسیون و تجارت به پیدایش طبقه متوسط 1 بیلیونی هند و چین در نیم قرن رسید. پس از فروپاشی اردوگاه بودجه دفاعی آمریکا بخاطر آز صنایع تسلیحات و هژمونی دلار در جهان به 2 تا 3 برابر رسید.
منافع تسلیحات در جنگهای کوچک خاورمیانه و فروش تسلیحات با لولوی اسراییل، ایران، روسیه، چین تضمین شود. اکنون از 10 شرکت بزرگ جهان 9 تا آمریکایی اند که بیانگر سلطه این کشور در خدمات است. شیفت تولید ثروت از سوخت به دیجیتال را نشان دهد. نمونه: آمازون، اپل، مایکروسافت، گوگل. لذا ثروت اندوزی با فنآوری دیجتال از مستغلات و تسلیحات پیشی گرفت.
حتی ترامپ هم با سکوی حقیقت اجتماعی/ تروث سوشیال 500 میلیون دلار در مدت کوتاهی با فروش سهام سود برد. شرکتهای بزرگ فناوری روابط خود را با دولت ترامپ برای حذف مقررات رسانه‌های اجتماعی، ای آی، ارزهای دیجیتال تقویت کنند. او دریافت که مستغلات با دروغ قیمتگذاری و کلک وامگیری در مقابل فنآوری ثروت ناچیز سازد. او غولهای فنآوری را دور و برش جمع کرد. زاکزبرگ/ تلگرام و فیسبوک، بزوس/ آمازون، ماسک/ ایکس یا تویتر، پیچای/ گوگل. ترامپ هشدار داد: ای آی نوکاسب/ استارتاپ چینی زنگ خطری برای صنعت فناوری آمریکا است.
زنجیره تامین سازنده تراشه‌ها در شبکه درهم‌تنیده شرکت‌ها و کشورها ست. رایانه و گوشی آیفون تراشه‌هایی دارند که در آمریکا طراحی شده، در تایوان، کره جنوبی، ژاپن ساخته شده؛ در چین مونتاژ شوند. هند سرمایه‌گذاری در تراشه سازی کرد. نیم رسانا نگین ریز سیلیکون، قلب صنعت ۵۰۰ بیلیون دلاری است. تا ۲۰۳۰ ارزش آن 2 برابر شود.
تراشه/ چیپ با مدارهای مجتمع / آی سی بنا بر کارکرد و هدف 3 گونه است: آنالوگ مانند صدای باد، دیجیتال مانند شب یا روز، سیگنال مختلط مانند تبدیلگر از یکی به دیگری. آی سی بنا بر مقیاس یکپارچه سازی یا ادغام/ انتگراسیون 6 جور است که به تعداد ترانزیستور روی یک تراشه بستگی دارد: 1-مقیاس کوچک/ اس اس آی با چند دروازه/ گیت منطقی. 2-مقیاس متوسط/ ام اس آی با صدها دروازه. 3-مقیاس بزرگ/ ال اس آی با هزاران دروازه. 4-مقیاس بسیار بزرگ/ وی ال اس آی با میلیون ها ترانزیستور. 5-مقیاس گیگا با 1000 مگا دروازه. 6-مقیاس ویفر/ دابلیو اس آی با کل ویفرها روی یک تراشه. آی سی در 2 روش بسته بندی شود: چسبیده تو سوراخ/ پی تی اچ، نصب روی سطح/ اس ام تی.
لابی ایالات متحده عملاً ASML، بزرگترین فروشنده تجهیزات تولید تراشه در جهان، صادرات پیشرفته ترین سیستم های لیتوگرافی خود به چین را متوقف کرد. دولت هلند در 2023 محدودیت هایی را بر صادرات ASML افزود که بخشی از آن به دلیل نگرانی در حمایت چین از روسیه در جنگ اوکراین بود. یک چهارم درآمد شرکت ای اس ام ال هلند از چین است.
تنها شرکتی است که بهینه‌ترین ماشین لیتوگرافی لواش/ ویفر حاوی تراشه ها را سازد. به مشتریان چینی گفته بود: انتظار مجوز واردات برای فرابنفش ژرف/ دی یو وی خود را بعد از 2024 نداشته باشند. ای یو وی گرانتر و موج کوتاه تر از دی یو وی برای صفات ریزتر روی تراشه دارد. رویکردهای جدید در توسعه ای یو وی را دانشمندان چینی پیشگام شده؛ راه را برای تولید انبوه تراشه‌های نیمرسانای پیشرفته هموار کنند. برای دور زدن تحریم‌های سخت‌گیرانه ایالات متحده تلاش کنند.
پکن تولید تراشه‌ها را اولویت ملی خود کرده؛ در بخش ابررایانه‌ها و ای آی سرمایه‌گذاری کند. دولت بایدن کوشید دسترسی چین به فناوری تولید تراشه را محدود کند. آمریکا برای افزایش تولید داخلی تراشه‌ها، قانون فدرال تراشه و علم اوت ۲۰۲۲ را اجرایی کرد. به شرکت های بومی کمک مالی و رقبا را تحریم کند. نمونه: آریزونا برای تراشه 2-4 نانومتری با کمک تی اس ام سی تایوان، ۵۳ بیلیون دلار یارانه/ وام گرفت.
بیشتر تراشه‌های جهان در تایوان ساخته شوند. این «سپر سیلیکون» در مقابل چین با ادعای مالکیت آن، محافظت شود. TSMC در Hsinchu تایوان یک تولید کننده اصلی برای شرکت های برتر تراشه است. 3 شرکت قادر به تولید پیشرفته ترین نیمه هادی اینها یند: TSMC تایوان، سامسونگ کره جنوبی و اینتل در ایالات متحده. بزرگترین شرکت ریخته گری نیمه هادی در جهان است. در 1987 تاسیس شد. با فرآیند پیشرفته و راه حل های سفارشی پیشتاز است. تراشه های ای آی را برای انویدیا تولید کند، ابزار ای یو وی ASML را برای مدارسازی بکار برد.
ترانزیستور یک نیمه هادی مینیاتوری است که علاوه بر تقویت و تولید سیگنال های الکتریک، جریان یا جریان ولتاژ را در عایق تنظیم، کنترل، هدایت کند. انواع کوچکتر، سریعتر، ارزانتر عالمگیر شدند. آنها توان پردازش قدرتمندتر و پرکاربردی را فراهم کردند. جزء کوچکتر از تولید گرما و مصرف انرژی بکاهد. هزینه افزایش چگالی ترانزیستور در تراشه از هزینه آن کاهد؛ ولی هزینه بنگاه سازنده را افزاید. ترانزیستور کلید الکتریکی ریز است که جریان الکتریسیته را قطع و وصل کند. به مرور تلفن‌ها سریعتر، عکس‌های دیجیتال بزرگتر و با کیفیت‌تر/ رزالوشن بالا، وسایل خانه‌ها هوشمندتر، شبکه های اجتماعی پرمحتواتر شوند.
در تراشه نانومتری ریزتراشه ترانزیستورها در نانومتر اندازه گیری شوند. هر چه شمار نانومتر کوچکتر باشد، تراشه بهینه تر است. ترانزیستورها اجزای سازنده یک پردازنده اند. آنها محاسبات را با روشنی و خاموشی سیگنال الکتریک مانند یاخته عصب انجام دهند. 2 واحد نانوثانیه برای زمان و نانومتر برای جا، سرعت و چگالی، تراشه را برای ابزار کوچک مانند تلفن دستی مناسب کنند. نور در نانومتر یا 10 بقوه منهای 9 اندازه گیری شود. طول موج نور فاصله بین دو قله موج است. چشم انسان نور با طول موج 380 تا 700 نانومتر را ببیند. اندازه نانومتری یک تراشه را گره/ نود فناوری نامند.
فنآوری دیجیتال مرحله پردازش اطلاعات و داده ها به انقلاب ای آی سده 21 کشیده شد. قانون مور این است: تعداد ترانزیستور روی یک تراشه با مساحت ثابت، هر ۲ سال 2 برابر شود. بنا بر این قانون، تراشه/ حافظه هر 2 سال 2 برابر شود. این قانون صنعت نیمه هادی ها را دهه ها هدایت کرد.
دستگاه های نیمه هادی 3 ترمینال/ پایانه اینها یند: ترانزیستور دوقطبی، ترانزیستور دوقطبی دروازه عایقدار / ای جی بی تی، ترانزیستور اثر میدانی، یکسو کننده کنترل شده با سیلیکون، نیمه هادی 3 الکترود برای برق متناوب/ تی آر آی ای سی، ثرایزتور برای سویچینگ و امپلیفیکیشن. واحد پردازشگر مرکزی/ سی پی یو، از چند میلیون تا بیلیون ها ترانزیستور دارد. در 1990، ترانزیستور کمتر از یک میکرومتر، یک دهم عرض یک موی انسان بود. یک رشته دی ان ای با عرض 2.5 نانومتر 15 برابر بزرگتر از یک ترانزیستور است. آیفون نوع A17 Pro، 19 بیلیون ترانزیستور دارد.
تا نزدیک به پایان سده 20 تراشه عام/ جنرال برای رایانه عام برای کاربردهای محاسباتی، مالی، طبی، علمی، هنری، نجومی، دفتری ساخته شد. تراشه خاص/ اسپشال برای اجرای امور خاص مانند بازی تصویری/ ویدیو گیم، پویانمایی/ انیمیشن، هوش مصنوعی/ ای آی ساخته شد. در نیم قرن گذشته تراشه های خاص با چگالی بالاتر، پردازش موازی انبوه، سرعت پردازنده ها، واقعی/ ریل تایم و سریعتر شدند. آنها از میلی ثانیه یاخته های مغز فراتر، به نانو، هم در زمان هم در جا، رسیدند.
انبوه ترانزیستورها روی ویفر، زیرلایه، برش سیلیکونی طراحی شوند. ریخته گری ویفر، یا فاب Fab مخفف فابریکیشن/ ساخت محل تولید نیمه هادیها است که محصولات نیمه هادی، مانند ویفر، را برای شرکت های دیگر به عنوان خدمات تولید کند. ساخت ویفر زنجیره فرآیندهای متوالی مکرر برای تولید مدارهای کامل الکتریک یا فوتون روی ویفر نیمه هادی است. یک کارخانه ریخته گری طرح محصول را از مشتریان خارجی دریافت کند. نیمه هادی ها را تولید کند. به عبارت دیگر، اگرچه یک کارخانه ریخته گری تمام امکانات تولید را دارد، اما به جای طراحی محصولات خود، با تولید طرح های مشتریان خود سود برد. طرح تراشه نیاز به سنت، دانشگاه، تخصص، رایانه ها دارد.
انواع ریخته گری اینها یند: ریخته گری جهانی/ گلوبال، میکروسیستم سیلکس، تاور سمیکانداکتر، ادونسد میکرو فواندری، وی تی تی، ،سیلترا، آی اچ پی میکروالکترونیکز. کشورهای که ریخته گری یا کارخانه ویفرسازی تولید کنند: هلند، ژاپن. کشورهایی که تراشه سازند: سوئیس، ایالات متحده، چین، تایوان، ژاپن، ایتالیا، سنگاپور، اسرائیل، ایرلند، کاستاریکا، آلمان، استرالیا، فنلاند، کره جنوبی، مالزی، چک، بلژیک، تایلند، هلند بریتانیا، مکزیک، برزیل، فیلیپین، فرانسه، روسیه. سامسونگ، آی‌سی‌های خود و دیگران را برای مشتریان طراحی و تولید کند.
ریخته گری نیمه هادی نقشی محوری در صنعت نیمه هادی ایفا کند. به عنوان پایه تولید طرح های تراشه در 4حوزه کاربردی عمل کند: 1-فرآیندهای ساخت پیشرفته. 2-ظرفیت تولید عظیم. 3-قابلیت های کنترل کیفیت و تست. 4-پشتیبانی از طراحی. بزرگترین 10 ریخته گری ویفر نیمه هادی با 29 بیلیون دلار کل فروش تراشه جهان تولید کنند. آنها در تابوان، چین، آمریکا، کره جنوبی، اسراییل تولید شوند.
رتبه، کشور، نام شرکت، درآمد به میلیون دلار: 1تایوان،TSMC ،18,847 2کره ج، سامسونگ 3,357، 3چین SMIC ،1,750 ، 4تایوان، UMC ، 1,737 ، 5سنتا کلار، ا 1,549 GlobalFoundries، 6چینHuahong Group ، 673 ، 7برج اسرائیل 327، 8تایوانPSMC ، 316 ، 9چینNexchip ، 310، 10تایوان VIS، 306، مجموع 10 کشور 29,172.
شرکت های فاب ندار روی طراحی تراشه تمرکز کنند. آنها برای مرحله تولید با شرکت های ریخته گری شریک شوند. در اواخر دهه 60 و اوایل دهه 70، یک مرکز ساخت نیمه هادی یا فاب 4 میلیون دلار یا 31 میلیون دلار در 2024 هزینه داشت. امروزه، یک فاب 10 تا 20 بیلیون دلار هزینه دارد. اپل فاب ندار است، ساخت تراشه خود را به شرکت TSMC برون سپاری کند. اپل به تولید انبوه تراشه ۳ نانومتری رسید. این تراشه از تار مو ۵۰ تا ۱۰۰ هزار نانومتری باریک‌تر است. تراشه‌های کوچکتر، قدرتمندتر وارد مایکروویو، خودروها، لباس شویی، یخچال، ابررایانه ها، دستگاه های ای آی، اینترنت اشیاء /آی او تی شوند.
تعداد تراشه های روی ویفر تابع اندازه تراشه است. اکثر فابریک ها ویفرهای 300 میلی متری با سطح 70000 میلی متر مربع بکار برند. از آنجایی که تراشه های کوچک می توانند یک میلی متر در یک طرف برای یک تراشه مربع باشند، پس 70000 تراشه در یک ویفر جا گیرد.
ویفر چون لواش، کراکر بسیار نازک، سبک، ترد است؛ مانند نان بستنی. تراشه مانند دانه کنجد روی نان لواش یا ویفر است. هر ویفر آی سی های نیمه هادی سیلیکون دارد که مدارها و اجزای الکتریک مقاومت، خازن، دایود، ترانزیستور دارد. آنها آجر ساختمانی در معماری الکترونیک برای کارکردهای مدرن اند. ویفر مانند یک ناحیه شهری و تراشه مانند یک خانه با راهرو، پله، در برای اتاق های کاربردی خواب، مهمانی، حمام، آشپزی، انبار است.
آی سی را تراشه، ریزتراشه یا مدارهای میکرو الکترونیک نامند. مدارها همان سیمهای ارتباط اجزای تراشه اند. کارکردهای تراشه اینها یند: تقویت، نوسان، زمان بندی، شمارش، راه اندازی منطق، حافظه، 4 عمل اصلی حساب، تبدیل ورودی سیگنال به خروجی نور، صوت، متن. ویفر چگونه ساخته شود؟ شمش سیلیکون از یک کریستال دانه غوطه ور در سیلیکون مذاب رشد کند. شمش را به لایه ها/ ویفرهای نازک ببرند؛ مانند تل لواش روی میز نانوایی.
فلز بر سطح ویفر رسوب کند. مواد پخش شده در ویفر قرار گیرند تا ریزمدارها پدید آیند. سطح ویفر صیقل داده شود تا عیوب را که می تواند بر دقت مدار تأثیر بگذارند، از بین ببرد. آی سی کجا بکار رود؟ دستگاه تصویربرداری پزشکی ام آر آی و سی تی اسکنر، سنجش سلامتی در پوشاک، وسایل پزشکی قابل کاشت مانند ضربان ساز قلب یا در جمجمه برای ارتباط عصبها؛ تجهیزات شبکه مانند گردانه/ روتر و کلید/ سوئیچ؛ زیرساخت ارتباطی سیار، مانند ایستگاه پایه؛ سیستم ناوبری مانند جی پی اس.
چه فرقی ویفر با تراشه دارد؟ روی ویفر تراشه ها، روی تراشه ها ترانزیستورها یند. تراشه گلبوته بر قالی ویفر است. ویفر یک بستر یا برش نازک از مواد نیمه هادی بوده؛ در یکپارچه سازی/ انتگراسیون بکار رود. لیتوگرافی تکنیک چاپ سنگی صاف یا صفحه فلزی با تصاویر برای تکثیر روی کاغذ بود. یک فرآیند/ روند بنیانی در ساخت مدارهای مجتمع آی سی و ریز سامانه های الکترونیک با هزاران ترانزیستور روی آن است. لیست 11 کشور تولید کننده تجهیزات لیتوگرافی نیمه هادی با درصد بازار بقرار زیر است: اتریش 10 %، آلمان 10 %، ژاپن 60 %، هلند 10 %، بقیه 10 % در آمریکا و کشورهای دیگر اند.
مدار مجتمع تراشه/ آی سی چیست؟ یک دستگاه نیمه هادی با 3 اتصال است که یکسوسازی، تقویت سیگنال کند. از یک ماده نیمه رسانا سیلیکون ساخته شده؛ در آن اجزای ریز الکترونیک یا ترانزیستورها در داخل سیلیکون جاسازی شده؛ سپس با اتصالات بین لایه‌ای در بالای سطح سیلیکون به هم متصل شوند.
محل تحقیق، توسعه، تولید، مونتاژ تجهیزات کارخانه ریخته گری ویفر ASML با دفتر مرکزی در Veldhoven، هلند است. بزرگترین تولید کننده تجهیزات پیشرو در صنعت نیمه هادی است. این شرکت چند ملیتی هلندی لیتوگرافی مواد نیمه هادی پیشرفته/ ای اس ام ال لیتوگرافی مواد نیمه هادی پیشرفته/ ای اس ام ال از 1984 این شرکت لیتوگرافی مواد نیمه هادی را در ماشین های فوتولیتوگرافی برای تولید ویفر بکار برد. در فوتولیتوگرافی انتقال الگوهای اشکال هندسی از یک ماسک به یک لایه نازک حساس به نور، مدارهای سامانه های الکترونیک را سازد. لیتوگرافی فرابنفش شدید/ ای یو وی برای ساخت مدارهای مجتمع بر ورقه نیمه هادی بکار رود. بعد لیتوگرافی ای یو وی بکار برد. با فناوری ای یو وی مقیاس ریزترین حتی کوچکتر شود.
بزرگترین تولید کننده تراشه های کامپیوتری است. الگوهای مدار را به صورت نور بر روی ویفرهای سیلیکون حک / اچ کند. تی اس ام سی تایوان سیستم‌های هلندی را برای تولید تراشه‌های خود بکار برد، بزرگترین و پیشرفته‌ترین سازنده تراشه‌های قراردادی جهان است. پس فنآوری تراشه 2 نوع ریخته گری/ فواندری سازنده ویفر، تولید کننده تراشه دارد: تی اس ام سی در تایوان خدمات طراحی آی‌سی هم ارائه دهد.
تراشه های کامپیوتری از پیشرفته ترین تجهیزات لیتوگرافی بیرون آیند. ارزش بازار فوتولیتوگرافی در جهان بیش از 300 بیلیون یورو است. از نوامبر 2024، چهارمین شرکت ارزشمند و دومین شرکت فناوری اروپایی با ارزش بازار 264 بیلیون دلار بود. فقط نیکون و کانن تجهیزات مشابه ASML سازند. رقبای دیگر KLA، Applied Materials و Lam Research اند. رقبای ASML و شرکت های مشابه اینهایند: Carrier Global ، Johnson Controls International ، Baker Hughes ، Symbotic ، BWX Technologies ، nVent Electric ، ESAB ، SPX Technologies ، Zurn Elkay Water Solutions و ChampionX .
*
پردازشگر تصویری در سکو/ پلاتفرم برخی شرکتهای سیلیکون ولی و حسابگرهای تکزاس اینسترومنت بکار رفتند. در آغاز با چند/ مالتی تراشه واحد پردازش مرکزی/ سی پی یو، کارتهای درون رایانه عام برای تصویرسازی/ ویدیو، واژه نگار، نقش نگار، صداساز، محاسبات، حافظه، ورودی/ خروجی پرتوان تر و سریعتر شدند. دو سامانه عامل اینتل مایکروسافت و موتورالای اپل در 3 رایانه میزی، کتابی، جیبی؛ سپس در لوح و تلفن دستی در بازار مسلط شدند. اینتل از هجای اول int.egrated el.ectronics آید.
در ۱۹۶۸ اینتل در سانتا کلارا اینها را ساخت: طراحی، توسعهٔ فناوری و تولید انواع سخت‌افزار رایانه، با تمرکز بر مادربورد، کارت شبکه، چیپست، بلوتوث، حافظه فلش، ریزپردازنده، نیم‌رسانا، مدار مجتمع، واحد پردازش گرافیک، سامانه نهفته. بلوتوث/ دندان آبی نام استاندارد فناوری بیسیم با برد کم برای فرستادن پیام، عکس، صوت، داده در ترابری لوازم جانبی به رایانه بدون وصل سیمی است.
موتورالا با دفتر مرکزی در شامبورگ- ایلینوی، تراشه ارتباطات بی سیم، تراشه عامل رایانه و گوشی اپل را سازد. تراشه منطق تزویج امیتر/ اکل، ای سی ال سریع موتورالا در 1982 در شرکت تریلیون، تصویر ساز رایانه ای، گلن راک، نیوجرسی، برای شبیه سازی آموزش خلبانی بکار رفت. این شرکت در ارایه سهام عام در سقوط بازار سهام اکتبر سیاه 1987 ورشکست شد.
با منابع اطلاعاتی خاص یک کسب‌وکار، مانند اسناد، پایگاه‌های داده اس کیو ال، برنامه‌های تجاری داخلی ترکیب شوند. اس کیو ال حروف اول زبان پرسشی ساختارمند استاندارد برای سیستم های مدیریت پایگاه داده رابطه ای/ آر دی بی ام اس برای برنامه نویسی است؛ برای ایجاد، به روز رسانی و بازیابی داده ها از پایگاه های داده مرتب/ دی بی است. این زبان با فرم ورودی و گزارش خروجی تکمیل شود. معماری کلاینت-سرور مقیاس هزاران رایانه را به سرور میسر کرد. قفسه سرورها مقیاس انبوه تیغ/ بلید ها را میسر کرد.
منابع. 2025/04/28 فاکتها از ویکی پیدیا با ویراست آمدند.
https://acecloud.ai Amy Hawkins 2 Feb 2025 The Guardian
Blade تیغ client server کاربر سرور
