FUTURE

1. FUTURE استاد : جناب آقای مهندس فانی دانشجویان : گلسا موحدیان عطار تبسم مبکی

2. CONTENTS • 1.To Improve the Performance of All Kinds of Electronic Devices • 2. MOTHER BOARD IN FUTURE • 3. SPINNING INTO THE FUTURE OF DATA STORAGE • 4. MEMORY IN FUTURE • 5. HAFNIUM • 6. PC IN FUTURE

3. To Improve the Performance of All Kinds of Electronic Devices

4. در این شکل خلاصه ای از تکنولوژی اطلاعات (IT) و حوزه های الکترونیکی را تا سال 2015مشاهده می کنید.نقشه ی راه به وسایل الکتریکی بستگی دارد. شكل1

5. شكل2 در امکاناتی که در شکل 2 نشان داده می شود فاز توسعه در حال انجام است.

6. شكل 3 چند نمونه از وسایل نیمه هادی و مقایسه ارزش آنها بین ژاپن آمریکا وکل جهان

7. همانگونه که در (شکل4– چپ) نشان داده شده است , حافظه وپردازنده ها به صورت مجتمع بر روی تراشه ی نیمه هادی واقع هستند و با انواع توابع بلوک های مدار مجتمع ساخت یافته به صورت هماهنگ عمل می کنند. (شکل4 راست ) نشان دهنده ی توانایی پردازش کردن , پردازش گر رسانه برای رسانه های مثل تلویزیون با وضوح تصویر بالا است. شكل 4

8. شكل 5 قسمت چپ این شکل نشان دهنده ی برش روبرو از ساختار ترانزیستورهای MOS است که در مدار های مجتمع رایج استفاده می شود. در نمودارسمت راست درباره طول گیت وباریکی فیلم عایق گیت و قسمتهای مشابهی برای فضاهایی از اندازه های زمانی گسترده اشغالی نشان داده می شود.

9. شکل 6 در شکل شماره 6 تغییرات قسمت های مختلف تکنولوژی نیمه هادی ها را در طی سالها ی مختلف مورد مطالعه قرار داده اند.

10. شکل 7 در شکل 7 مقدار تقریبی یک ماشین با تقویت کم که در سال 2009 استفاده خواهد شد نشان داده می شود.

11. MOTHER BOARD IN FUTURE

13. تکنیک هایی که در آینده برای مادر بوردها :ارایه می شوند • استفاده از CPU با حافظه های سریعتر وباس متفاوت • ارسال اطلاعات برای هر CLOCK توسطDDR_DRAM طی 4 بار • افزایش پهنای باند BUS ها در حدود 1 گیگا بایت در هر ثانیه • داشتن یک ولتاژ دیگر به جز 3.5 و 5 ولت برای تامین ترانزیستورهای کوچکتر • کاراییCPU در دمای بالاتر آرام تر به علت استفاده از ولتاژ بالاتر • VRAM(voltage regulator module) • ایجاد jumper-less برای کنترل bios توسط تمام قسمت ها

14. SPINNING INTO THE FUTURE OF DATA STORAGE

15. شکل 8

16. چرخش به سمت آینده ذخیره سازی داده دکتر آلن وهمکارانش تحقیقاتی در مورد چگونگی از بین رفتن قطب مغناطیسی در وسایلی از جمله هارد دیسک انجام دادند .روند این تحقیقات باعث پیش بینی هایی در سیستم های آینده می شود که به صورت زیر لیست می شود.

17. فشرده سازی و کوچک شدن ابعاد هارد دیسک ها • استفاده از الکترون های ذاتی مغناطیسی که از اسپین برای حمل اطلاعات استفاده می کنند. • طراحی مدارهای کم توان درحدسطح کوانتوم که امکان ترکیب ارتباط بین حافظه ومنطق رادریک تراشه ایجادکند. • تغییر مواد سازنده برای افزایش اثر بخشی • پیشنهاد استفاده از مونس

18. MEMORY IN FUTURE

19. Pcm ( phase change material) فاز تغییر مواد (pcm) بین ساختار بدون طبقه بندی ومنظم وقتی که یک جریان الکتریکی یا پالس لیزر در آن به کار برده شود امید بخش ترین کاندیدا برای حافظه در آینده است.

20. Metal Xgst Insulator Heater metal شکل 9 شكل 9 : ( قسمت عرضی از يك مدل از خانه حافظه كامپيوتر در جایی که فاز با یک پالس جریان تغییر می کند)

21. فاز تغيير متمركز در غشا GST(ناحيه قرمز) با يك پالس جريان رانده شده و برای راضی كردن اين معيارها مواد حافظه نوری كامپيوتر به مواد زير نياز دارد : • يك لبه جذب مشهود يا مادون قرمز نزديك كه با انتقال تغيير می كند. • نقطه ذوب TM كه به اندازه كافی بزرگ است تا از بلوری شدن بی اختيار جلوگيری كند.ولی قابل دسترس به گرمايش ليزری است. • انتقال سريع و ايستا

22. مواد pc اولین کاندیدا برای مواد حافظه در آینده • خیلی سریع خواهند بود.(ns 10~) • متراکم خواهند بود.(قطر بیت nm50) • پایدارخواهد بود.(هرچندسال یک باریک ذره ازبین میرود.) • دارای طول عمر زیاد خواهد بود. (بیشتر از 1012 سیکل یک بار یک بیت از بین می رود.) • توان مصرفی کم • قیمت صنعتی کم

23. شکل 10 در شکل 10 می توانید مشخصات یک پردازنده با تراشه DRAM2009 را ملاحظه کنید.

24. HAFNIUM

25. هافنيوم، تنها راه نجات قانون مور: يكی از بزرگ‌ترين مشكلات اين غول‌های پردازشی اين است كه برای بالاتر رفتن فركانس كاری در آنها بايد تعداد ترانزيستورها افزايش پيدا كند.ازدياد ترانزيستورها موجب می‌شود كه در واحد سطح مجبور باشيم از ترانزيستورهای بيشتری استفاده كنيم، اين امر كار را بدانجا می رساند كه ترانزيستورها در ابعاد نانو ساخته و روی ويفر اصلی پردازنده كشت شوند.

26. اكنون تكنولوژی ساخت پردازنده‌های امروزی از 90 نانومتر به 45 نانومتر تقليل يافته است. مشكل اصلي در اينجا بروز مي‌كند كه در ابعاد كمتر از 45 نانومتر خواص سيليكون كه ماده اصلي و درواقع پايه ساخت ترانزيستور است هم تغيير مي‌كند. بنابراين براي ساخت پردازنده‌ها با تكنولوژي‌هاي زير 45 نانومتر ديگر امكان استفاده از ترانزيستورهاي سيليكوني وجود ندارد.

27. به عبارت ديگر اكنون به برهه‌اي از زمان رسيده‌ايم كه امكان افزايش تعداد ترانزيستورها در واحد سطح وجود ندارد.اين به اين معناست كه ديگر قانون مور مبني بر اينكه هر 18 ماه تعداد ترانزيستورها در پردازنده‌ها بايد دو برابر شود به شكست منتهي خواهد شد.

28. چند راه حل يكی از راه حل ها طراحی چيپ‌های 3 بعدی است. در چيپ‌های سه بعدی، با كاهش فاصله مدارهای محاسباتی و منطبق با بخش‌هايی كه مديريت حافظه و ساير كنترل‌ها را به عهده دارند، كارآيی پردازنده افزايش می‌يابد.

29. حاصل اين طرح، يك تراشه چند طبقه سيليكوني است كه سريع‌تر و خنك‌تر از تراشه‌هاي معمولي كار مي‌كند. راه ديگر افزايش تعداد هسته‌هاي پردازشي به جاي بزرگ كردن يك هسته پردازشي است. در اين راه يك هسته پردازشي قدرتمند در پردازنده، با دو يا چند تراشه يا هسته نسبتا ضعيف‌تر جايگزين مي‌شود.

30. شکل 13

31. وقتي اين هسته‌ها در كنار هم كار مي‌كنند، عملكردي بهتر از يك هسته قوي خواهند داشت و مصرف توان آن‌ها هم كمتر مي‌شود. اما تمام اين راه ها درمان هايي موقتي براي نجات قانون مور هستند.

32. تنها راه حل دائمی كه برای غلبه بر اين مشكل می تواند به ياری دانشمندان بشتابد يافتن ماده ای مقاوم تر نسبت به سيليكون براي ساخت ترانزيستور با تكنولوژی زير 45 نانومتر است.اين ماده هم اكنون يافت شده و در حال طی آزمايش‌های نهايی برای كشت روی ويفر می‌باشد. اين ماده «هافنيوم» نام دارد.

33. ترانزيستورهايي كه با «هافنيوم» ساخته مي‌شوند مي‌توانند در ابعاد زير 45 نانومتر هم ساخته شوند.همچنين اثر حرارتي ترانزيستورهاي هافنيومي نسبت به ترانزيستورهاي سيليكوني بسيار كمتر است كه اين امر هم به نوبه خود كار توليد پردازنده‌ها آينده را آسان‌تر خواهد كرد.

34. هافنیوم فیلم های سیلیکات هافنیوم برای جایگزین دی الکتریت های گیت Sio2 در حال توسعه هستند. وقتی که به شکل فیلم های مرکب با Hfo2 بلوری شده گرما داده شود ( 5 ~ nmمیانگین قطر ) فاز جدا خواهد شد ودر ماتریس نامنظم با چگالی کمتر معلق می شود که نزدیک به موقعیتSio2 می باشد .

35. به هر حال این ساختار میکروسکوپی ممکن است برای اندازه گیری وضعیت نیمه شکست استفاده شود و می توانیم با بالا بردن بار الکتریکی بر غلط یابی آن متمرکز شویم . ALD فیلم سیلیکات هافنیم با تمرکز در رنج 45 تا 75 (MOL.%Sio2 ) آماده می شود .

36. همه معیار ها درc ˚700با گرما دادن به N2 در مدت 60 ثانیه انجام می گیرد. بعد از پوشاندن آن با پلی سیلیکون نیمی از معیارها افزوده می شوند که در دمای c ˚1000 نشان داده شده است .

37. نمای بالای معیارهای TEM با حک کردن شیمیایی سیلیکون و پوشاندن لایه ای پلی سیلیکون KOH گرم انجام شده بود. در ضمن توده یونی طیف نمایی و بخش پیوندی TEM نشان می دهد که حک کردن تاثیر کمی بر روی لایه نازک و لایه High-K ساختاری دارد.

38. شکل 11 شکل 11 تصویر حلقوی از %MOL. Sio2 ALD 60 را نشان می دهد

39. شکل 12 شکل 12 نمای بالای یکHAADF-STEM که % 75 Sio2 فیلم هافنیوم سیلیکات بعد از حرارت دادن است.

40. PC IN FUTURE

41. شکل 14 A Computer Like Your Brain

42. یک کامپیوتر شبیه مغز شما یک وسیله محاسباتی جدید توسعه یافته در NASA به ماشین ها اجازه می دهد که بیشتر شبیه مغز کار کنند . این تکنولوژی ممکن است اجازه دهد ماشین ها سریع فکر کنند وبر پایه هر آنچه که دیده اند تصمیم بگیرند .

43. یک سیار نجومی ممکن است از این تکنولوژی برای پرهیز از برخورد با موانع استفاده کند . به طور علمی لکه های جالت توجه هنگامی انتخاب می شوند که فقط با ماهیت دیده شده در زمین بدون دریافت مشاهدهای از طرف زمین کاوش شوند .

44. یک فضا پیما ممکن است از این تکنولوژی استفاده کند تا از مخاطرات احتمالی پرهیز کند ویک مکان از قبل انتخاب شده را با دقت بسیار برای فرود تعیین کند. این مطلب به عنوان یک پرش کوانتومی از یک دید هوشمند شناخته می شود و به ماشین ها اجازه می دهد که به صورت خود مختار عمل کنند. این وسایل بسیار شبیه مغز انسان کار می کنند که قدرت آنها از یک شبکه خیلی پیچیده با اتصال داخلی "Synapses" بین سلول های مغز تامین می شود.

45. شبکه این سلول های مغزی یاخته های عصبی نامیده می شود و به انسانها اجازه می دهد که در مورد صحنه یا تصویری که می بینند بلا فاصله تصمیم بگیرند. کامپیوترهای پردازنده جدید توانایی این را دارند که در در یک زمان یکسان عکس را هم پردازش و هم باز کنند.

46. شکل 15 حافظه مغناطیسی تراکمی از اطلاعات را به صورت مجازی ذخیره می کند که برای شرکت IBM تا سال 2010 نموداری این چنین پیش بینی شده است.

47. شکل 16 تاریخچه کارایی محصولات دیسکی IBM با توجه به نرخ ارسال داده تا سال 2010 در شکل 16 قابل مشاهده است.

48. در شکل های زیر می توانید تغییر پارامترهای ذخیره سازی را در طی چندین سال مقایسه کنید . شکل 17

49. شکل 18 نقشه راه درازمدت برای ذخیره سازی داده تا سال 2025.

50. شکل 19 این نمودار رشد نرم فزارها و درجه سختی استفاده از آن ها را نشان می دهد.