IBM-ന്റെ പുതിയ നാനോസ്റ്റാക്ക് ചിപ്പ് മൂർ നിയമത്തെ (Moore’s Law) ഒരു പതിറ്റാണ്ട് കൂടി നീട്ടിയേക്കാം

ഒരു നഖത്തിന്റെ വലിപ്പത്തിൽ പോലും വലിയ ഇതരമില്ലാത്ത 100 ബില്യൺ ട്രാൻസിസ്റ്ററുകൾ ഉൾക്കൊള്ളുന്ന വിപ്ലവകരമായ ഒരു പ്രോട്ടോടൈപ്പ് ചിപ്പ് IBM പുറത്തിറക്കി. സെമികണ്ടക്ടർ രൂപകൽപ്പനയിൽ ഇതൊരു വലിയ മാറ്റത്തിന് സൂചന നൽകുന്നു. ട്രാൻസിസ്റ്ററുകളുടെ വലിപ്പം കുറയ്ക്കുന്നതിന് പകരം അവയെ ലംബമായി (vertically) അടുക്കിവെക്കുന്നതിലൂടെ, അഭൂതപൂർവമായ കമ്പ്യൂട്ടേഷണൽ പവർ ലഭ്യമാക്കാൻ സിലിക്കണിന്റെ ഭൗതിക പരിമിതികളെ മറികടക്കാൻ IBM ശ്രമിക്കുന്നു.

സിലിക്കണിന്റെ ഭൗതിക പരിമിതികളെ മറികടക്കുന്നു

പതിറ്റാണ്ടുകളായി സെമികണ്ടക്ടർ വ്യവസായം ആശ്രയിച്ചിരിക്കുന്നത് മൂർ നിയമത്തിലാണ് (Moore’s Law)—അതായത് ഓരോ ഘടകത്തിന്റെയും വലിപ്പം കുറയ്ക്കുന്നതിലൂടെ ട്രാൻസിസ്റ്റർ സാന്ദ്രത ഇരട്ടിയാക്കുക എന്ന തത്വം. എന്നാൽ, ട്രാൻസിസ്റ്ററുകൾ ഏതാനും ഡസൻ നാനോമീറ്റർ എന്ന അളവിൽ എത്തുമ്പോൾ, ക്വാണ്ടം മെക്കാനിക്സ് അവയുടെ പ്രവർത്തനത്തെ തടസ്സപ്പെടുത്താൻ തുടങ്ങുന്നു, ഇത് കൂടുതൽ ചെറുതാക്കുന്നത് അസാധ്യമാക്കുന്നു.

തിരശ്ചീനമായ വിപുലീകരണത്തിൽ (horizontal expansion) നിന്ന് ലംബമായ സാന്ദ്രതയിലേക്കുള്ള (vertical density) തന്ത്രപരമായ മാറ്റമാണ് IBM-ന്റെ പരിഹാരം. "നാനോസ്റ്റാക്ക്" (nanostack) ആർക്കിടെക്ചർ ഉപയോഗിച്ച്, കമ്പനി Complementary Field-Effect Transistors (CFETs) വിജയകരമായി നടപ്പിലാക്കിയിട്ടുണ്ട്. ഈ രീതിയിലൂടെ ഒരു സിംഗിൾ സിലിക്കൺ ചിപ്പിൽ രണ്ട് പാളികളនៃ ട്രാൻസിസ്റ്ററുകൾ ലംബമായി അടുക്കിവെക്കാൻ എഞ്ചിനീയർമാർക്ക് സാധിക്കുന്നു, ഇത് IBM-ന്റെ 2021-ലെ അത്യാധുനിക സാങ്കേതികവിദ്യയെ അപേക്ഷിച്ച് സാന്ദ്രത ഇരട്ടിയാക്കുന്നു.

നാനോസ്റ്റാക്കിന് പിന്നിലെ എഞ്ചിനീയറിംഗ്

ഇതിന്റെ നിർമ്മാണ പ്രക്രിയ ഒരു ലെയർ കേക്കിന് സമാനമാണ്. എഞ്ചിനീയർമാർ ആദ്യം സിലിക്കണിൽ ഒരു പാളി ട്രാൻസിസ്റ്ററുകൾ നിർമ്മിക്കുന്നു, അതിനു മുകളിൽ പുതിയൊരു സിലിക്കൺ പാളി വെക്കുന്നു, തുടർന്ന് ആദ്യത്തേതിന് തൊട്ടുമുകളിൽ രണ്ടാമതൊരു പാളി ട്രാൻസിസ്റ്ററുകൾ നിർമ്മിക്കുന്നു. IBM-ന്റെ പ്രത്യേക നവീനത അതിന്റെ "സ്റ്റാഗേർഡ്" (staggered) ഡിസൈനിലാണ്; മറ്റ് CFET രീതികളിൽ നിന്ന് വ്യത്യസ്തമായി, രണ്ടാമത്തെ പാളി ആദ്യത്തേതിന് നേരെ മുകളിൽ ഇരിക്കുന്നില്ല, ഇത് ഘടകങ്ങളെ ബന്ധിപ്പിക്കുന്നതിന് ആവശ്യമായ സങ്കീർണ്ണമായ വയറിംഗ് എളുപ്പമാക്കുന്നു.

സാങ്കേതികമായി, ഇത് "നാനോഷീറ്റ്" (nanosheet) സാങ്കേതികവിദ്യയെ അടിസ്ഥാനമാക്കിയുള്ളതാണ്. IBM-ന്റെ ആർക്കിടെക്ചറിൽ, ട്രാൻസിസ്റ്റർ ചാനൽ മൂന്ന് നാനോഷീറ്റുകൾ കൊണ്ട് നിർമ്മിതമാണ്, ഇവ ഓരോന്നും 15 ആറ്റങ്ങൾ മാത്രം കനമുള്ളതും ഒമ്പത് നാനോമീറ്റർ അകലത്തിലുമാണ്. IBM ഇതിനെ "0.7 നാനോമീറ്റർ" നോഡ് എന്ന് വിളിക്കുന്നുണ്ടെങ്കിലും, ഇത് ട്രാൻസിസ്റ്ററിന്റെ യഥാർത്ഥ വലിപ്പത്തിന്റെ ഭൗതിക അളവിനേക്കാൾ ഉപരിയായി ഒരു മാർക്കറ്റിംഗ് പദമാണ്.

പ്രവർത്തനക്ഷമതയിലെ വർദ്ധനവും വ്യവസായത്തിലുണ്ടാകുന്ന സ്വാധീനവും

ഹൈ-പെർഫോമൻസ് കമ്പ്യൂട്ടിംഗിൽ ഇത് വിപ്ലവകരമായ മാറ്റങ്ങൾ കൊണ്ടുവരും. ഈ പുതിയ ആർക്കിടെക്ചറിന് പഴയ തലമുറയെ അപേക്ഷിച്ച് ഒരേ സമയത്തിനുള്ളിൽ 50% വരെ കൂടുതൽ ജോലികൾ ചെയ്യാൻ കഴിയുമെന്നും 70% വരെ കൂടുതൽ ഊർജ്ജക്ഷമതയുള്ളതാണെന്നും IBM റിപ്പോർട്ട് ചെയ്യുന്നു.

ഊർജ്ജ ഉപഭോഗവും താപ നിയന്ത്രണവും (thermal management) പ്രധാന വെല്ലുവിളികളായ AI, ഡാറ്റാ സെന്ററുകളുടെ ഭാവിയിൽ ഈ കാര്യക്ഷമത വളരെ നിർണ്ണായകമാണ്. അടുത്ത ദശകത്തിനുള്ളിൽ ഡാറ്റാ സെന്ററുകളിൽ നാനോസ്റ്റാക്കിംഗ് വ്യാപകമായി ഉപയോഗിക്കപ്പെടുമെന്ന് IBM റിസർച്ച് ഡയറക്ടർ ജേ ഗാംബെറ്റ (Jay Gambetta) പ്രതീക്ഷിക്കുന്നു. കൂടാതെ, ഈ ആർക്കിടെക്ചർ പൊതുവായ ആവശ്യങ്ങൾക്കായി ഉപയോഗിക്കാവുന്നതിനാൽ (general-purpose), CPU-കൾ, GPU-കൾ എന്നിവയുൾപ്പെടെയുള്ള വിവിധ ഹാർഡ്‌വെയറുകളിൽ ഈ ഡിസൈൻ ഉൾപ്പെടുത്താൻ നിർമ്മാതാക്കളുമായി സഹകരിക്കാൻ IBM ലക്ഷ്യമിടുന്നു.

നിർമ്മാണ തടസ്സങ്ങൾ മറികടക്കുന്നു

വാഗ്ദാനങ്ങൾ ഉണ്ടെങ്കിലും, വൻതോതിലുള്ള ഉൽപ്പാദനത്തിലേക്കുള്ള പാതയിൽ രണ്ട് പ്രധാന തടസ്സങ്ങളുണ്ട്: യീൽഡ് നിരക്കുകളും (yield rates) "തെർമൽ ബജറ്റും" (thermal budget). പാളികൾ അടുക്കിവെച്ചിരിക്കുന്നതിനാൽ, മുകളിലെയോ താഴെയോ പാളിയിലുണ്ടാകുന്ന ഒരു പിഴവ് ചിപ്പിന്റെ പൂർണ്ണമായ പരാജയത്തിന് കാരണമാകും, ഇത് നിർമ്മാണച്ചെലവ് വർദ്ധിപ്പിക്കാൻ സാധ്യതയുണ്ട്. കൂടാതെ, താഴെയുള്ള പാളിയുടെ കണക്ഷനുകൾ ഉരുകുന്നത് ഒഴിവാക്കാൻ എഞ്ചിനീയർമാർ മുകളിലത്തെ പാളികൾ 400°C-ൽ താഴെയുള്ള താപനിലയിൽ നിർമ്മിക്കണം—ഇത് സാധ്യമാക്കിയതായി IBM അവകാശപ്പെടുന്നുണ്ടെങ്കിലും, ഇതിന്റെ സാങ്കേതിക വിശദാംശങ്ങൾ രഹസ്യമായി സൂക്ഷിച്ചിരിക്കുകയാണ്.

പ്രധാന കാര്യങ്ങൾ

• വെർട്ടിക്കൽ സ്കെയിലിംഗ് (Vertical Scaling): പരമ്പരാഗതമായ തിരശ്ചീനമായ രീതിയിലുള്ള വലിപ്പം കുറയ്ക്കലിന്റെ ഭൗതിക പരിമിതികളെ മറികടക്കാൻ IBM-ന്റെ നാനോസ്റ്റാക്ക് ആർക്കിടെക്ചർ ട്രാൻസിസ്റ്ററുകളെ ലംബമായി അടുക്കിവെക്കുന്ന CFET സാങ്കേതികവിദ്യ ഉപയോഗിക്കുന്നു.
• വൻതോതിലുള്ള കാര്യക്ഷമത വർദ്ധനവ്: പുതിയ ഡിസൈൻ 50% പ്രവർത്തനക്ഷമതയും 70% ഊർജ്ജക്ഷമതയും വാഗ്ദാനം ചെയ്യുന്നു, ഇത് ഭാവിയിലെ ഡാറ്റാ സെന്ററുകൾക്കും AI പ്രവർത്തനങ്ങൾക്കും അത്യന്താപേക്ഷിതമാണ്.
• നീട്ടിയ റോഡ്മാപ്പ്: ഈ മുന്നേറ്റം മൂർ നിയമത്തിന്റെ (Moore’s Law) റോഡ്മാപ്പിൽ അടുത്ത 10 മുതൽ 15 വർഷം കൂടി കൂട്ടിച്ചേർക്കുമെന്ന് വ്യവസായ വിദഗ്ധർ സൂചിപ്പിക്കുന്നു.