دانش - پاسخ‌ها هميشه خيلي دور نيستند

واضح آرشیو وب فارسی:همشهری: دانش - پاسخ‌ها هميشه خيلي دور نيستند

دانش - پاسخ‌ها هميشه خيلي دور نيستند

كيوان فيض‌اللهي:مهندسان پس از مدت‌ها سروكله زدن با اين معما كه در نسل بعدي تراشه‌هاي «حافظه فلش» بايد از چه ماده‌اي استفاده كنند، به نظر مي‌رسد كه سرانجام به پاسخ مناسب نزديك شده باشند. در واقع پاسخ اين معما كه سال‌ها ذهن متخصصان را به خود مشغول كرده بود، تمام اين مدت در كشوي سي‌دي‌هاي ميز كارشان پنهان مانده بود. اگرچه ممكن است همه متخصصان اين حوزه چنين باوري نداشته باشند اما دست‌كم اين چيزي است كه گرگ آتوود (G. Atwood) و همكارانش در كمپاني نامونيكس (Numonyx)، توليد‌كننده تراشه‌هاي حافظه فلش در سانتا كلارا در كاليفرنيا، به آن اعتقاد دارند. دانشمندان و كارشناسان اين كمپاني بر اين باورند كه مواد شيميايي به كار رفته در سي‌دي‌ها و دي‌وي‌دي‌ها كه باعث به وجود آمدن قابليت «رايت» مجدد با استفاده از پرتو‌هاي ليزر در اين لوح‌هاي فشرده مي‌شود، مي‌تواند همان ماده گمشده براي نسل آينده تراشه‌هاي حافظه فلش فوق چگال باشد. اين دانشمندان براي اثبات ادعاي اخيرشان حتي نمونه‌اي عملي از اين تراشه را نيز ساخته‌اند. حافظه فلش يكي از اساسي‌ترين قطعات دستگاه‌هاي الكترونيكي امروزي به شمار مي‌رود. اين قطعه حياتي را در قلب بسياري از تجهيزات الكترونيكي مثل موزيك‌پلير‌ها، گوشي‌هاي تلفن همراه و نيز دوربين‌هاي ديجيتال، مي‌توان يافت.

حافظه فلش برخلاف حافظه دستيابي تصادفي (RAM) كه در كامپيوتر‌ها مورد استفاده قرار مي‌گيرد، حافظه‌اي غيرفرار است. در واقع اين حافظه برخلاف RAM در صورت قطع شدن جريان برق منبع تغذيه دستگاه نيز مي‌تواند اطلاعات ذخيره شده را، درونش نگه دارد. دقيقا به همين خاطر است كه در صورت تمام شدن شارژ باتري گوشي‌هاي تلفن همراه، نرم‌افزار‌هاي نصب شده، عكس‌ها، فايل‌هاي متني و موزيك‌هاي ذخيره شده در آن نمي‌پرند. حافظه‌هاي فلش براي انجام چنين كاري، اطلاعات باينري (دستگاه دودويي) را به صورت بار الكتريكي در تركيبي از خازن و ترانزيستور ذخيره مي‌كنند. امروزه در بيشتر تراشه‌هاي حافظه فلش، عرض ترانزيستور‌ها به حدود 65 نانومتر مي‌رسد كه قرار است در نسل بعدي به 45 نانومتر كاهش يابد. آتوود در اين‌باره خاطرنشان مي‌كند «اما زماني با مشكلات جدي مواجه خواهيم شد كه ابعاد به زير 20 نانومتر كاهش يابد. نگهداري بارهاي الكتريكي در ترانزيستور‌هايي در اين ابعاد بسيار دشوار خواهد بود.» ترانزيستورهاي 45 نانومتري پيش از اين در برخي پردازشگرهاي مدرن از جمله نسل جديد پردازشگرهاي چند هسته‌اي كمپاني اينتل نيز مورد استفاده قرار گرفته‌اند اما به نظر مي‌رسد روند كاهش ابعاد ترانزيستورها با استفاده از تكنولوژي فعلي، در آينده‌اي نه چندان دور با محدوديت‌هايي روبه‌رو خواهد شد. يكي از اين مشكلات جدي پيش روي تكنولوژي حافظه فلش در صورت كاهش ابعاد، طول عمر ترانزيستورها است. البته اين مسئه تازه‌اي نيست و حافظه‌هاي فلش امروزي نيز عمر محدودي (10 هزار بار نوشتن و پاك كردن اطلاعات) دارند. در واقع با هر بار نوشتن اطلاعات جديد روي حافظه فلش، بار الكتريكي «پارازيتي» در ترانزيستور‌ها به وجود مي‌آيد كه انباشت آنها در اين قطعه الكترونيكي در نهايت باعث از كار افتادنش خواهد شد. اين مسئله باعث شده است تا عمر حافظه‌هاي فلش امروزي با ترانزيستور‌هاي 65 نانومتري به حدود 10 هزار بار سيكل نوشتن و پاك كردن، محدود شود. اما زماني كه قرار باشد در تراشه‌هاي حافظه فلش از ترانزيستورهايي با عرض 20 نانومتر استفاده كنيم، اثر بار الكتريكي پارازيتي شديد‌تر خواهد شد و در نهايت عمر دستگاه از اين هم كوتاه‌تر مي‌شود.
بنابراين اگر مي‌خواهيم حافظه‌هاي فلش آينده به كار رفته در لپ‌تاپ‌هاي حالت جامد (فاقد درايو سخت) عمر بيشتري داشته باشند و اطلاعات بيشتري را در خود جا دهند يا گوشي‌هاي هوشمند امروزي هوشمند‌تر شوند، بايد از مكانيسم ذخيره غيرفرار جديدي استفاده كنيم. مكانيسم امروزي مورد استفاده براي نوشتن اطلاعات روي سي‌دي و دي‌وي‌دي‌ها به اين شكل است كه حرارت ناشي از تابش پرتو ليزر به پوشش شفاف روي آنها باعث مي‌شود ساختار اين ماده تغيير كند. در واقع ساختار اين ماده شفاف كه از جنس GST (آلياژي از آلومينيوم، آنتيموان و ژرمانيوم) است در برابر حرارت ناشي از پرتو ليزر بين دو حالت كريستالي و نامنظم، تغيير وضعيت مي‌دهد. تشكيل هر يك از اين دو حالت يا فاز به اين مسئله بستگي دارد كه ماده GST پس از حرارت ديدن بر اثر تابش پرتو ليزر، با چه سرعتي سرد شود. اگر تابش ليزر پس از گرم شدن ماده به سرعت قطع شود، ماده سريع‌تر سرد مي‌شود و ساختاري كريستالي به خود مي‌گيرد. اما اگر تابش ليزر به صورت تدريجي قطع شود، ماده در بازه زماني طولاني‌تر سرد خواهد شد و در نتيجه ساختاري بي‌نظم به وجود مي‌آيد. اما مهم‌تر از اين، هر يك از اين دو حالت قابليت بازتاب متفاوتي خواهند داشت و به اين ترتيب مي‌توان اطلاعات را به صورت صفر و يك‌هاي ديجيتالي در آنها ذخيره كرد، شيوه ذخيره‌اي كه به راحتي قابل خواندن خواهد بود. نكته‌اي كه باعث شد تا دانشمندان نامونيكس به فكر استفاده از ماده GST در ساخت نسل بعدي تراشه‌هاي حافظه فلش بيفتند، اين حقيقت بود كه اين تغييرات ساختاري و در نتيجه تغيير ميزان بازتابندگي را به جاي حرارت ليزر مي‌توان با استفاده از حرارت الكتريكي نيز به وجود آورد. در واقع با توجه به اينكه هر يك از اين دو حالت كريستالي و نامنظم در ماده GST مقاومت الكتريكي منحصر به فردي دارند، اطلاعات ذخيره شده به اين روش را با استفاده از جريان الكتريكي به راحتي مي‌توان خواند. دانشمندان كمپاني نامونيكس با استفاده از همين خواص جالب يك سلول حافظه ريزتراشه ابتكاري ساختند كه در آن يك قطره كوچك از ماده GST روي يك مقاومت ساده كه نمونه آن را همه جا مي‌توان به راحتي تهيه كرد، قرار دادند. پالس‌هاي متفاوت جريان الكتريكي كه از اين مقاومت عبور مي‌كند باعث گرم شدن آن تكه كوچك GST و در نتيجه تغيير حالت ساختاري آن مي‌شود كه به اين ترتيب مي‌توان اطلاعات را به صورت صفر و يك‌هاي ديجيتال در آن ذخيره كرد. براي خواندن اطلاعاتي كه به اين شيوه ذخيره شده‌اند نيز كافي است تا جريان الكتريكي دومي اعمال شود كه بتواند تغييرات مقاومت الكتريكي به وجود آمده در تكه كوچك GST ناشي از حرارت را حس كند. اما اين جريان دوم بايد آنقدر كوچك باشد كه خود باعث ايجاد حرارت نشود. نتايج به دست آمده از آزمايش‌هاي اوليه نشان دادند اين حافظه جديد موسوم به «حافظه تغيير فاز» (PCM) مي‌تواند عملكرد قابل اعتمادي داشته باشد. كمپاني نامونيكس كه يكي از شركت‌هاي اقماري كمپاني تراشه‌ساز بزرگ اينتل به شمار مي‌رود، با استفاده از اين مكانيسم جديد حافظه‌اي 128 مگابايتي ساخته است كه در حال حاضر در اختيار برخي از كمپاني‌هاي سازنده دستگاه‌هاي الكترونيكي قرار گرفته است تا توانايي‌هاي بالقوه اين حافظه جديد را مورد ارزيابي قرار دهند كه اسامي اين كمپاني‌ها هنوز فاش نشده است. با اينكه اين كمپاني‌ها هنوز نتايج ارزيابي‌هايشان از اين حافظه جديد را اعلام نكرده‌اند اما آتوود كاملا مطمئن است كه مكانيسم ابداعي او و همكارانش در كمپاني نامونيكس همان چيزي است كه محققان مدت‌ها به دنبال آن بوده‌اند و به كمك همين سيستم مبتكرانه مي‌توان حافظه‌هايي به مراتب چگال‌تر و با طول عمر بيشتري توليد كرد. آتوود در اين‌باره مي‌گويد «ما بر اين باوريم كه PCM امكانات گسترده‌اي را در اختيار سازندگان دستگاه‌هاي الكترونيكي قرار مي‌دهد و درهاي جديدي را پيش روي حافظه فلش باز خواهد كرد. در واقع حالت فازي ماده GST در سلول‌هايي با ابعاد 5 نانومتر و حتي كمتر را نيز مي‌توان هم تغيير داد و هم به شكل پايداري حفظ كرد.» حافظه فلش ابداعي دانشمندان كمپاني نامونيكس را بدون محدوديت‌هاي فعلي ناشي از مشكلات بار الكتريكي پارازيتي در ترانزيستور‌هاي حافظه فلش امروزي، مي‌توان دست‌كم تا يك ميليون بار تحت سيكل پاك كردن و نوشتن اطلاعات قرار داد. علاوه بر اين در حافظه PCM برخلاف حافظه‌هاي فلش امروزي، در صورت نياز مي‌توان بيت‌هاي منفرد اطلاعات را به صورت تك به تك تغيير داد. براي نوشتن در حافظه‌هاي فلش امروزي هر بار بايد تكه‌هاي بزرگي از اطلاعات را مورد بازنويسي قرار داد كه باعث كند شدن فرآيند نوشتن خواهد شد. آتوود معتقد است كه دستيابي به تكنولوژي جديدي در حافظه، كار بسيار دشواري است. در واقع از سال 1972 كه كمپاني اينتل فرمت حافظه جديدي با قابليت پاك شدن توسط امواج فرابنفش موسوم به (EPROM) را معرفي كرد تا كنون هيچ حافظه جديدي اختراع نشده بود كه با استقبال چشمگيري مواجه شود. تكنولوژي EPROM كه در سال 1972 توسط كمپاني اينتل معرفي شد همان سيستمي است كه بعد‌ها به ظهور حافظه‌هاي فلش منجر شد. مالكوم پن (M. Penn)، تحليلگر فيوچر هورايزنز (Future Horizons)، شركت انگليسي تحقيقات بازار ريزتراشه‌ها، در اين‌باره مي‌گويد «تكنولوژي ابداعي كمپاني نامونيكس به‌طور قطع از مرحله اثبات قابل استفاده بودن، بسيار فراتر خواهد رفت. ارزيابي‌هاي ما نشان مي‌دهد كه براي موج تكنولوژي كلاسيك ترانزيستور اثر ميدان نمي‌توان دور نمايي فراتر از 10 سال ديگر متصور شد. به هر حال اين يك حقيقت است كه هميشه چيز‌هاي جديدي ظهور مي‌كنند كه مشكلات پيشين را برطرف خواهند كرد اما آنچه در اين ميان عامل تعيين‌كننده خواهد بود، هزينه است نه تكنولوژي. اين نكته مهمي است كه كمپاني نامونيكس از اين به بعد بايد به آن بپردازد. » جزئيات اختراع جديد دانشمندان كمپاني نامونيكس و نتايج تحقيقات آنها در شماره اخير ژورنال Science منتشر شده است.
New Scientist, July 16, 2008
يکشنبه 30 تير 1387

این صفحه را در گوگل محبوب کنید

[ارسال شده از: همشهری]

[مشاهده در: www.hamshahrionline.ir]

[تعداد بازديد از اين مطلب: 237]