شريحة واحدة للمعا لج والذاكرة
ونظرة العلماء والباحثين للمعالج لا تتوقف عند التعامل معه ككيان منفصل بل تشمل التعامل
معه كجزء من كل داخل الحاسب له علاقة عمل مستمرة ولا نهائية مع وحدات الذاكرة
والتخزين وشاشات العرض والبطارية وغيرها وهذا الجانب يهتم به الكثير من العلماء داخل
وبدأت بعض ثمارها تظهر على النطاق التجارى وتتمثل فى دمج وضع كل من الدوائر
المنطقية ومكونات المعالج الدقيق وخلايا الذاكرة بفاعلية معاً داخل قطعة واحدة من
السيليكون يتم إنتاجها بحجم وتكلفة أقل لترفع قدرات خلايا الذاكرة المؤقتة بالحاسبات أربعة
اضعاف وقدرتها فى الأداء ثمانية اضعاف
ووصف هذا التطور بأنه يضع البشرية على بداية مرحلة جديدة من التصغير فى حجم
وأوزان وأسعار الحسابات والمنتجات الإلكترونية الأخرى كالتليفونات المحمولة وماكينات
العاب الفيديو
فمنذ بداية ظهور الحاسبات والأجهزة الإلكترونية الأخرى التى تعمل بمثل هذه النظم وحتى
الآن كان مهندسو التصميم والإنتاج المتخصصون يضعون كلا من المعالجات والدوائر
المنطقية على شريحة واحدة وخلايا الذاكرة على شريحة ثانية منفصلة عنها تماماً ويتم
توصيل الاثنتين عبر دائرة أكبر تعمل فى إطار ما يطلق عليه اللوحة الأم أو الدائرة الأم التى
يثبت عليها جميع الشرائح المكونة للنظام الإلكترونى للجهاز ولأن شريحة المعالج هى عقل
اى جهاز الكترونى فهى توظف الشرائح الأخرى على اللوحة الأم وتحديداً شريحة الذاكرة
ويحدث بينهما تفاعل واتصالات وتبادل فى البيانات اثناء تنفيذ المهام المطلوبة من الجهاز
حيث يقوم المعالج إن جاز التعبير بالذهاب إلى شريحة الذاكرة كمخزن للمعلومات والحصول
على ما يحتاج من معلومات مطلوبة لإنجاز المهمة المطلوبة ثم يقوم بمعالجة هذه المعلومات
حتى تنتهى المهمة وهكذا فى كل مرة أو أمر فمثلاآً لو كان هناك حاسب شخصى مسجل عليه
حسابات شركة أو أراد مشغل الجهاز القيام بتحليل هذه البيانات للخروج منها بمؤشرات أو
نتائج معينة فإن مهمة من هذا النوع تتطلب تنفيذ ملايين الأوامر والحصول على ملايين
المعلومات وعلى هذا الأساس يمكننا تصور حجم الاتصالات والمشاوير التى تتم بين المعالج
ووحدة الذاكرة لإنجاز هذه المهمة
ويشبه "بيجان دافارى" نائب رئيس عمليات التطوير بإدارة الإلكترونية الدقيقة بشركة

موضوعة فى غرفة بعيدة عن مكتبه وفى كل مرة يحتاج إلى اى منها يقوم بالذهاب إلى
الغرفة البعيدة ويحصل على ما يريده ويحضره للمكتب وبعد الانتهاء من المهمة يقوم
بإرجاعها مرة أخرى مما يسبب ضياعا كبيراً للوقت والجهد وما حدث بالضبط أنه تم نقل
المعدات والآلات الموجودة فى الغرفة البعيدة ووضعها فوق مكتب الموظف لتكون فى
متناول يده عند الاحتياج إليها
والتطور الجديد أدى إلى وضع الشريحتين معآً داخل شريحة واحدة أو بمعنى آخر نقل جميع
الأدوات التى يحتاج إليها المعالج من الغرفة البعيدة إلى متناول يده وبدون الدخول فى
تفاصيل فنية كثيرة فإن التطور الجديد تغلب على المشكلتين اللتين كانتا تعوقا دمج شرائح
المعالج والذاكرة مع فى شريحة واحدة
المشكلة الأولى : تمثلت فى الحجم الكبير لكل منهما والذى كان يستحيل معه وضعهما معاً
حيث تمكن القائمون على التطور الجديد بالاعتماد على تكنولوجيا تصنيع الشرائح بالنحاس
بدلا من الألمونيوم من تصغير حجم الشريحة بدرجة كبيرة حتى اصبحت المسافة الفاصلة
بين المكونات المثبتة على الشريحة تقل عن سمك شعرة الرأس بمقدار 600 مرة
والمشكلة الثانية : كانت التداخل والتشويش الذى كان يحدث بين خلايا الذاكرة والمعالج عند
بتكنولوجيا انتاجية جديدة تسمى البناء على السيليكون المعزول
بهذا الشكل تهيأت الفرصة لوضع محتويات الشريحتين داخل شريحة حجمها أقل من حجم
الشريحة الواحدة والنتائج المباشرة المترتبة على ذلك تتمثل فى مضاعفة قدرات الحاسبات
التى ستعمل بهذه النوعية من الشرائح فلو تصورنا أن لدينا حاسباً شخصيا حالياً بخلايا ذاكرة
مؤقتة سعتها 16 ميجا بايت فإن مثل هذا الجهاز لو تم انتاجه بالشريحة الجديدة ستتضاعف
سعة الذاكرة المؤقتة به أربع مرات دفعة واحدة لتصبح 64 ميجابايت دون إضافات كما
سترتفع قوة أداءه ككل بمقدار 8 مرات
المعالجات وعلى هذا الأساس قدمت حاسبين جديدين يعملان معالجات النحاس وبالشرائح
الحاملة للمعالج والذاكرة معآ والمحاطة ككل بتكنولوجيا عوازل السيليكون وعند عرضها
السرعة وحسن الإدارة حيث تم تصميم المعالجات النحاسية الدقيقة التى يعمل بها الجهازان
بحيث تكون محاطة بعوازل السيليكون لتحقق زيادة فى السرعة نحو 9635 وفى الوقت نفسه

تكون درجة الحرارة الناتجة أقل من نظيرتها من المعالجات الدقيقة المصنعة من الألمونيوم
وبالإضافة إلى استخدام تكنولوجيا عوازل السيليكون فإن كلا من الجهازين اللذين ينتميان إلى
الفئة "بى" ويحملان رقمى 620 و 660 قد صمما باستخدام النحاس لكونه موصلا جيداً
للكهرباء مقارنة بالألمونيوم
لا يقتصر التطوير قصير الأجل على رفع عدد الترانزيستورات داخل المعالج بل يشمل
تطوير المعالج نفسه حيث طور فريق من الباحثين بمعامل أبحاث شركة (14 13 بالولايات
المتحدة نوعاً جديداً من الترانزيستورات المستخدمة فى صناعة المعالجات الدقيقة والشرائح
الإلكترونية يتميز بكونه الأسرع من نوعه فى العالم حتى الآن ويتوقع أن يؤدى استخدامه فى
تصنيع المعالجات الدقيقة والشرائح الإلكترونية الأخرى إلى رفع سرعتها بمعدل خمسة
أضعاف السرعة الحالية فى غضون العامين المقبلين وذلك لكونه يعتمد فى تركيبه على مادة
الفائقة وقلة استهلاكه للطاقة بل تتضمن أيضاً إمكان استعمال مواد جديدة وأقل تكلفة فى هذا
المجال

عرش السيليكون يهتز خلال 6 إلى 10 سدوات
مواد ترفع السرعة 10 أضعاف وعدد الترانزيستورات يقفز إلى تريليون
فى المدى المتوسط الذى يقدره بعض الخبراء بما يتراوح ما بين 6 و 10 تواجه صناعة
المعالجات الدقيقة عقبتين رئيسيتين
الأولى: هى الخوف من الوصول إلى وقت ما تتوقف فيه سرعة المعالجات عند مستوى
معين ولا ترتقع بعد ذلك نتيجة الوصول إلى الحد الأقصى من الترانزيستورات التى يمكن
وضعها داخل المعالج الواحد
والثانية : تخفيض الحرارة الناتجة عن تشغيل المعالج وتخفيض استهلاكه من الطاقة
قوية للتغلب على هاتين العقبتين فمن ناحية أمكن التوصل إلى طرق جديدة فى تصنيع المعالج
تجعل من الممكن استيعاب كميات ضخمة من الترانزيستورات داخل المعالج الواحد تصل
أكبر عدد يتم وضعه حالياآ داخل المعالج هو 42 مليون ترانزيستور المستخدم فى بانتيوم 4
ومن ناحية أخرى أمكن التوصل إلى جيل جديد من الترانزيستورات نفسها يتفوق بعشرات
الأضعاف من حيث السرعة والكفاءة على النوعيات المستخدمة حالياً
والملاحظ أن التطورات الجديدة التى جاءت بالأساس من شركة ([1016 ثم (11 8 1)
صناعة المعالجات وعمادها الأساسى المتمثل فى مادة السيليكون التى ظلت متربعة على
عرش هذه الصناعة طوال العقدين أو الثلاثة الماضية والتى ستظل لعقد قادم أيضاً لأن
التطورات الجديدة ليست سوى ضربات ستهز عرش السيليكون بعنف على الأجل المتوسط
إن لم تعمل فى النهاية على تقليل أهميته كما يتوقع البعض

العطور الأول
يتمثل فى الطريقة التى يتم بها تغليف مكونات المعالج وتوصيل بعضها ببعض فمن
المعروف أن المعالج يتم تغليفه أو تغطيته بسلسلة من اللحامات والتوصيلات المختلفة التى
للحاسب وفى عمليات التصنيع الحالية يتم تغليف المعالج بطريقة اللحام ويصف أحد خبراء
شركة ([1006) هذه الطريقه بأنه يتم فيها تكوين ما يشبه فقاعات من اللحام بين كل
ترانزيستور وآخر وبين الترانزيستورات وقاعدة السيليكون المثبتة عليها وتقوم هذه الفقاعات
بعملية التوصيل الكهربى والميكانيكى بين مكونات المعالج وبعضها البعض وبين المعالج
فقاعات اللحام الأمر الذى يعد عائقا أمام إضافة المزيد من الترانزيستورات ويزيد من
استهلاك الطاقة ويرفع درجة حرارة المعالج المنبعثة من المعالج لكن طريقة "ببيول" الجديدة
تتخلى تماما عن فكرة فقاعات اللحام ويتم فيها تصنيع قالب المعالج بشكل منفصل ثم تغليفه
بعد ذلك بمادة جديدة تم تطويرها باستخدام تقنية متطورة تعرف باسم عزل طبقات الذرة
وذلك عبر ترسيب هذه الطبقات فى طبقات أخرى لا يزيد حجمها على سمك الجزئ الواحد
وهى تحل محل عنصر ثانى أكسيد السيليكون وتم التوصل إليها فى معامل الشركة واستخدام
هذه المادة يعمل على القيام بالتوصيل الكهربى والميكانيكى وفى الوقت نفسه القيام بدور
العازل الكهربائى فوق الشريحة بشكل يخفض تسرب التيار من الترانزيستور بمقدار 10
آلاف مرة وإفساح الطريق نحو انتاج معالجات تستوعب مئات مليار ترانزيستور مع حلول
النصف الثانى من هذا العقد وهو عدد يزيد بمعدل 25 ضعفا تقريباً على عدد
الترانزيستورات المستخدمة فى المعالج بانتيوم 4 والذى يستوعب 42 مليون ترانزيستور
وسوف يترجم ذلك فى النهاية فى رفع سرعة المعالجات الدقيقة لتصل إلى عشرة أضعاف
على المستوى التجارى واسع النطاق وهده السرعات العالية سوف تسمح بلا شك بتشغيل
تطبيقات التعرف على الأصوات أو تمييز الوجوه فى نفس لحظة سماع الصوت أو رؤية
الوجه إلى جانب تطبيقات تشغيل الكمبيوتر بدون لوحة المفاتيح وإيجاد اجهزة كمبيوتر
أصغر حجماً وذات أداء أعلى وعمر أطول للبطاريات

العطور الثانئ
والمهم من شركة ([1018) هو التوصل إلى جيل جديد من الترانزيستورات المصنوعة من
بأكثر من تريليون عملية فتح وإغلاق فى الثانية الواحدة وهو رقم يستغرق 15 ألف سنة إذا
قام شخص ما بمحاولة تحقيقه فى فتح وغلق مفتاح المصباح الكهربائى المنزلى وهو أيضاً
رقم غير مسبوق على الإطلاق فى عالم المعالجات الدقيقة ويعنى أن الترانزيستور بإمكانه
تلقى تريليون أمر فى الثانية وتمريرهم بداخله ولم تكشف شركة (10181) النقاب عن طبيعة
باستخدام أداة متطورة تقوم بتثبيت الترانزيستور داخل طبقة دقيقة جدآً من السيليكون
ووضعها على طبقة مبطنة من العازل تعمل على توليد تيار دفع قوى فى حالة تشغيل
الترانزيستورات وهو ما يساعد الترانزيستور بدوره على الفتح والإغلاق بسرعات أكبر من
المعتاد وفى المقابل عندما يكون الترانزيستور مطفاً فإن تسرب التيار غير المستخدم ينخفض
إلى أقل مستوى بفضل طبقة العزل الرفيعة مما يسمح للترانزيستور الجديد بخفض التسرب
بمقدار مائة مرة عن طبقات السيليكون الحالية

ترانزيستور كربوىئ وآخر عضوى
من ناحية آخرى تجرى شركة (1 113) تجارب لاستبدال شرائح السيليكون بأنابيب دقيقة
من الكربون تصل المسافة المحددة إلى سرعة العزل والتوصيل فيها إلى 2 نانو متر وهى
أصغر 100 مرة مما توفره الشرائح الحالية وتطلق شركة (10 3 1) على هذه النوعية من
الترانزيستورات صمامات النانو كربون ويتراوح حجمها ما بين 5 و 10 ذرات اتساعاً وتعد
أضيق بعشرة آلاف مرة من الشعرة الواحدة لدى البشر وقد سمحت الصمامات الجديدة بشكل
تلقائى بإنتاج أسطح لأشباه الموصلات من النانو تيوبز من دون اللجوء إلى الشرائح المعدنية
ومنذ ذلك توصل العلماء إلى بعض الطرق التى يستطيعون من خلالها انتاج وتصنيع هذه
الصمامات كأى اكتشاف جديد تواجه عراقيل كثيرة قبل أن يتاح استخدامها فى الصناعة
وطرحها فى أجهزة تصلح للاستخدام اليومى إذ يعتقد أحد الباحثين أنها ستسبب خللا فى
بعض المهام على عكس السيليكون ودعا إلى ضرورة حل هذه المشكلات اولا عبر الأبحاث
قبل التصنيع وقد أعرب باحثون فى شركة (1 33 ]) وجامعات مثل هارفارد ومعهد
ماساسوسيتش عن تفاؤلهم إزاء قدرتهم على إجراء هذه الأبحاث ويقول "فيدون أفوريس"
مدير أبحاث النانوميتر فى شركة (1/1 3 1) انهم يعملون الآن بالفعل على حل مشكلة توافق
الصمامات الجديدة مع الدوائر الكهربائية البسيطة مشيراً إلى أن نتائج الأبحاث ستظهر فى
غضون ثلاث سنوات تقريبا مرجحاً أن تكون المشكلة اقتصادية وليس فنية فقط ويؤكد
"تشارلز ليبر"الأستاذ بجامعة هارفارد أن الأمر سيحتاج إلى سنوات عديدة قبل أن يصبح فى
الإمكان استخدام النانو بدلا من السيليكون ويقول أن من بين الموضوعات المهمة كيفية إنتاج
شرائح تجمع بين صفات ومميزات السيليكون والنانو معآ مؤكدآً أنهم يعملون الآن بالفعل
ومن جانبها تعمل معامل "لوسنت" تجارب على نموذج متطور لترانزيستور من مركبات
عضوية حيث تم استبدال السيليكون بالكربون لتصميم ترانزيستور من جزئ وطبقاً للتجارب
الأولية فأن الترانزيستور الجديد أسرع وأصغر وأسهل فى تصنيعه من شرائح السيليكون
ويؤكد الخبراء أن التصغير المتلاحق فى حجم الأجهزة لن يمكن السيليكون من مجاراة ما
تتيحه البيولوجيا الجزيئية فصغر حجم الترانزيستور الجديد سيسهم فى مضاعفة عدده وبأقل
التكاليف وبشكل أكثر تبسيطاً يمكن القول أنه بمجرد سكب المركبات العضوية على سطح

خاص تحت ظروف ضغط وحرارة محددة تتكون أشباه موصلات عضوية تتجمع فيما بينها
خلال وقت قياسى ورغم ما قد يبدو من رخص تكاليف الكمبيوتر العضوى الجديد فإن إجراء
اى عملية سواء بإضافة أو حذف ملف تعنى تغير ترتيب آلاف وملايين المركبات الكيميائية

الياقوت الأزرق يزاحم السيليكون
فى مجال آخر من مجالات المعالجات الدقيقة دخل وافد جديد اطلق عليه باحثو جامعة "جون
هوبكنز" الياقوت الأزرق ليزاحم السيليكون فى تصنيع المعالج الدقيق فهؤلاء الباحثون
توصلوا إلى تقنية جديدة تسمح باستخدام الضوء فى إرسال البيانات عبر المعالجات بهدف
زيادة سرعتها أيضاً وزيادة سرعة تدفق المعلومات من وإلى المعالج وتعتمد هذه التقنية
لتحسين إداء الشرائح فالشرائح العادية يتم صنعها باستخدام السيليكون فى حين أن المستخدمة
فى التقنية الجديدة يطلق عليها ( الياقوت الأزرق ) حيث توضع طبقة رقيقة من السيليكون
على طبقة من الياقوت الأزرق وعند نقل البيانات للشريحة المكونة من السيليكون والياقوت
الأزرق عن طريق الأسلاك تتحول إلى ضوء وينعكس هذا الضوء بسبب الياقوت ليتم نقله
عن طريق دائرة بصرية تعيد الضوء إلى موجه كهربائية
ويتوقع الباحثون أن تطور هذه التقنية بسرعة فهى تستهلك طاقة أقل من المستخدمة فى
الشرائح العادية وذلك لأن الضوء يتميز بأنه أكثر سرعة من الإلكترونات