آشنایی با مفهوم لیتوگرافی در تراشه ها

شاید شما هم در بررسی گوشی ها یا مطالب مرتبط با پردازنده ها، واژه لیتوگرافی را شنیده باشید. این واژه یکی از مهم ترین مشخصات پردازنده ها می باشد و بر حسب نانومتر بیان می شود. به عنوان مثال پردازنده اسنپدراگون 855 با لیتوگرافی 7 نانومتری توسعه داده شده است. اما اینکه این عدد چی چیزی را نشان می دهد و بزرگ یا کوچک بودن آن چه مزیت یا معایبی دارد را در ادامه برایتان توضیح داده ایم.

در وهله اول باید بدانید که هرچه لیتوگرافی یک پردازنده کمتر باشد، بهتر است. لیتوگرافی یک واژه یونانی به معنای سنگ نگاری است که در پردازنده به معنای فرآیند تولید و ساخت یک پردازنده و چاپ آن توسط دستگاه‌های مخصوص است. اینکه اجزای یک سی‌ پی‌ یو با چه فاصله‌ ای در کنار هم باشند و به چه نظم و آرایشی قرار بگیرند همه به لیتوگرافی پردازنده وابسته است. از جمله مهم ترین اجزای تشکیل دهنده هر پردازنده، ترانزیستور می باشد. پردازنده ها از میلیاردها ترانزیستور بسیار کوچک تشکیل یافته‌ اند و هر کدام از آنها دروازه‌ های الکتریکی هستند که برای اجرای محاسبات مختلف در پروسسور ها، روشن یا خاموش می‌ شوند. ترانزیستور برای روشن شدن به برق نیاز دارد و این نیروی مورد نیاز کاملا متناسب با اندازه ترانزیستور می باشد، یعنی هر چه اندازه ترانزیستور ها کوچکتر باشد، انرژی کمتری نیز مصرف می کنند.

مزیت های لیتوگرافی پردازنده کمتر چیست؟

همان‌طور که گفتیم، لیتوگرافی هرچه کمتر باشد بهتر است. اما دلیل این ادعای ما چیست؟ در ادامه پارامتر های تاثیر گیرنده از لیتوگرافی را توضیح می دهیم.

توان مصرفی

با کاهش لیتوگرافی CPU توان مصرفی آن نیز کاهش می‌ یابد. با کاهش فاصله اجزای تشکیل دهنده یک پردازنده مقاومت داخلی آن پردازنده کاهش می‌ یابد، همانطور که می دانید با کاهش مقاومت، گرمای تولید شده و در نهایت انرژی اتلافی کاهش پیدا می کند و به همان اندازه انرژی مفید تولید شده توسط پردازنده افزایش پیدا می کند. فقط به این نکته توجه داشته باشید که کمتر شدن لیتوگرافی باید با کاهش مقاومت نیز همراه باشد، در غیر انصورت شاهد کاهش توان مصرفی نخواهیم بود.

تعداد ترانزیستورها

هر چه لیتوگرافی پردازنده کمتر باشد یعنی فاصله اجزای آن کمتر است. پس شرکت‌ های سازنده پردازنده می‌ توانند در یک حجم مشخص تعداد بیشتری ترانزیستور قرار دهند که موجب افزایش کارایی CPU ها خواهد شد.

افزایش فرکانس پردازنده

با کم شدن لیتوگرافی CPU اندازه خازن‌ های آن هم کم شده و در نتیجه ظرفیت آن‌ها کمتر می‌ شود. کمتر شدن ظرفیت یک خازن موجب شارژ و تخلیه سریع تر آن می‌ شود. در نتیجه فرکانس و کلاک پردازنده افزایش پیدا می‌ کند. اما دلیل این امر چیست؟

در ابتدا باید بگوییم که فرکانس هر پردازنده یعنی تعداد کلاک های موجود در هر ثانیه. و هر کلاک از یک بار شارژ و دشارژ شدن خازن ها ایجاد می شود، پس هرچه ظرفیت خازن های به کار رفته کمتر باشد، ثابت زمانی کلاک ها کمتر شده و در نهایت سرعت شارژ و دشارژ شدن خازن بیشتر شده و تعداد کلاک های بیشتری در هر ثانیه جا می گیرد. پس با کوچکتر شدن ظرفیت خازن می توان حداکثر فرکانس پردازنده را افزایش داد.

هزینه ساخت

در ابتدای تولید یک لیتوگرافی پردازنده جدید و پشرفته، هزینه‌ها افزایش پیدا می‌ کنند. زیرا فرآیند های طراحی و تولید باید به روز رسانی شوند و همچنین دستگاه های جدیدی برای ساخت پردازنده جدید با لیتوگرافی به روز نیاز است (شابلون ها باید بروز شوند). اما در ادامه هزینه تولید پردازنده‌ ها کاهش پیدا می‌ کند. یکی از موادی که در ساخت پردازنده‌ ها به کار گرفته می‌ شود سیلیکون است. این ماده به صورت کاملاً خالص در آزمایشگاه‌ ها بدست می‌ آید و هزینه بالایی دارد. با پیشرفته‌ تر شدن یک لیتوگرافی، تعدا ترانزیستور های موجود در یک پردازنده افزایش یافته و در نتیجه سسیلیکون مورد نیاز برای ساخت یک پردازنده کاهش می‌ یابد. در نتیجه هزینه‌ ساخت یک پردازنده کمتر می شود.