هر سال، تولیدکنندگان تراشه‌های نیمه‌هادی با افتخار اعلام می‌کنند که قادر به تولید تراشه‌هایی با فناوری‌های ۳ یا ۴ نانومتری هستند و ما را ترغیب می‌کنند که از ورود این فناوری به دستگاه‌های الکترونیکی که خریداری می‌کنیم، هیجان‌زده باشیم.
اما آن‌ها هرگز به طور شفاف توضیح نمی‌دهند که این فناوری دقیقاً چه معنایی می‌دهد و آیا واقعاً مزایایی را به همراه دارد یا خیر؟ پاسخ مثبت است، اما این مزایا به قدری ظریف هستند که احتمالاً تا زمانی که کسی آن‌ها را به شما گوشزد نکند، متوجه‌شان نخواهید شد. در واقع، اهمیت این پیشرفت‌ها در مقایسه با سایر روش‌های بهبود تراشه‌ها، آن‌طور که سازندگان تراشه ادعا می‌کنند، چشمگیر نیست.
نانومتر (nm)، واحدی در سیستم متریک و معادل ۰.۰۰۰۰۰۰۰۰۴ متر است. این واحد به قدری کوچک است که بدون استفاده از میکروسکوپ قابل مشاهده نیست و هر چیزی در این مقیاس، بسیار ظریف و شکننده بوده و با کوچک‌ترین نسیمی از هم می‌پاشد.
در حوزه پردازنده‌ها، اصطلاح «نانومتر» به اندازه گره فناوری تراشه اشاره دارد. کاهش این عدد، به معنای استفاده از ترانزیستورهای کوچکتر در سطح سیلیکونی است. به عنوان مثال، یک تراشه ۶ نانومتری از ترانزیستورهای ۶ نانومتری و یک تراشه ۴ نانومتری از ترانزیستورهای ۴ نانومتری بهره می‌برد. البته، این یک ساده‌سازی بیش از حد است و پیچیدگی‌های بیشتری در این زمینه وجود دارد.
در دنیای پردازنده‌ها، اصطلاح نانومتر صرفاً یک ترفند بازاریابی است. به عبارت دیگر، یک تراشه ۴ نانومتری لزوماً از اجزای ۴ نانومتری تشکیل نمی‌شود. با این حال، اجزای آن نسبت به تراشه‌های قبلی ۶ نانومتری (که آن‌ها نیز واقعاً ۶ نانومتری نبودند) کوچکتر هستند. برای درک بهتر، ویدیویی نشان می‌دهد که یک تراشه ۱۴ نانومتری از یک شرکت، از اجزایی با اندازه مشابه یک تراشه ۷ نانومتری از شرکت دیگر استفاده می‌کند.
در اصل، این موضوع بیشتر برای مهندسان اهمیت دارد. اما تولیدکنندگان تراشه هر زمان که فرآیند تولید خود را با اعداد کوچکتر به‌روز می‌کنند، از ما می‌خواهند که به آن توجه کنیم. آیا واقعاً باید به این موضوع اهمیت دهیم؟ دو مزیت اصلی و قابل لمس در استفاده از گره‌های فرآیند کوچکتر وجود دارد که عبازتند از: تراکم اجزاء و بهره‌وری انرژی.
با استفاده از فناوری ۴ نانومتری، می‌توان تعداد بیشتری جزء را در مقایسه با ۶ نانومتری روی یک تراشه قرار داد. البته این یک رابطه مستقیم نیست و شما لزوماً ۳۳ درصد ترانزیستور بیشتر دریافت نمی‌کنید. پیشرفت در این زمینه فقط به اعداد مربوط نمی‌شود، بلکه یک تکامل است که می‌تواند با سایر پیشرفت‌ها ترکیب شود.
ترانزیستورها، مانند کارگران یک پردازنده، وظیفه انجام محاسبات را بر عهده دارند. این محاسبات، صرف نظر از اینکه برای تسریع هوش مصنوعی در پردازنده‌های گرافیکی یا تشخیص ساده فشردن یک کلید در صفحه کلید باشد، توسط مجموعه‌ای از ترانزیستورها انجام می‌شود. در واقع، هر فعالیتی که در تلفن همراه خود انجام می‌دهید، نیازمند پردازش توسط این قطعات کوچک است.
به عبارت ساده‌تر، هر چه تعداد ترانزیستورها بیشتر باشد، توانایی انجام محاسبات پیچیده‌تر و سریع‌تر نیز افزایش می‌یابد. پیشرفت در فناوری ساخت ترانزیستورها، به معنای افزایش چشمگیر عملکرد پردازنده‌ها است. البته این افزایش عملکرد، بیشتر در تئوری و روی کاغذ قابل مشاهده بوده و در واقعیت، عوامل دیگری نیز دخیل هستند.
ترانزیستورهای کوچکتر، علاوه بر افزایش تعداد در واحد سطح، انرژی کمتری نیز مصرف می‌کنند. با این حال، عوامل دیگری مانند بهبود معماری پردازنده‌ها و بهینه‌سازی نرم‌افزارها نیز در افزایش کارایی و کاهش مصرف انرژی تأثیرگذار هستند. به عنوان مثال، برای اینکه یک ترانزیستور ۴ نانومتری نسبت به یک ترانزیستور ۶ نانومتری به طور واقعی ۳۴ درصد انرژی کمتری مصرف کند، باید ۳۳ درصد ترانزیستور بیشتری در یک تراشه جای داده شود.
با این حال، عوامل دیگری مانند معماری پردازنده و نرم‌افزار نقش مهم‌تری در میزان مصرف انرژی و کارایی تراشه‌ها ایفا می‌کنند. بنابراین، صرفاً با تکیه بر کاهش اندازه ترانزیستورها نمی‌توان انتظار افزایش چشمگیر کارایی و کاهش مصرف انرژی را داشت.
به همین دلیل، ۴ نانومتر بیشتر یک ترفند تبلیغاتی است تا یک معیار دقیق. مانند سایر صنایع، سازندگان تراشه به اندازه گره فرآیند خود افتخار می‌کنند، اما این اعداد بیشتر برای ایجاد یک مقایسه ساده استفاده می‌شوند. به عبارت دیگر، ما می‌توانیم بدون دانستن جزئیات فنی، بفهمیم که ۴ نانومتر از ۶ نانومتر بهتر است.
این شاید خلاف آن چیزی باشد که معمولاً می‌شنوید، اما واقعیت این است که اعداد ۳ و ۴ نانومتر پیشرفت چشمگیری نیستند. البته، این بدان معنا نیست که این اعداد بی‌اهمیت هستند، بلکه باید توجه داشت که این بهبودها تنها بخشی از پیشرفت کلی پردازنده‌های مدرن هستند و به تنهایی قابل تشخیص نیستند.
دلیل این موضوع آن است که کوچک‌سازی مدارها محدودیت‌هایی دارد و ما به این محدودیت‌ها نزدیک می‌شویم. اگر سازندگان تراشه فقط بر کوچکتر کردن ترانزیستورها و مدارها تمرکز کنند، میلیاردها دلار هزینه خواهند کرد تا محصولاتی را ارائه دهند که تفاوت چندانی با نسل‌های قبلی ندارند.
با وجود پیشرفت‌های چشمگیر در فناوری تراشه، تغییرات سالانه در عملکرد تراشه‌ها به سختی قابل تشخیص است. این پیشرفت‌ها فراتر از صرفاً کوچکتر کردن گره فرآیند هستند. تولیدکنندگان تراشه باید به طور واضح اعلام کنند که محصول جدیدشان پتانسیل بهبود ۱۲ درصدی در عملکرد و ۳۰ درصدی در عمر باتری را دارد. در غیر این صورت، این تغییرات به قدری ظریف هستند که کاربران متوجه آن‌ها نخواهند شد.
دلیل برتری تراشه‌های جدید اپل یا کوالکام، صرفاً اندازه کوچکتر ترانزیستورهای آن‌ها نیست، بلکه مجموعه‌ای از نوآوری‌ها و بهینه‌سازی‌هایی است که مهندسان برای افزایش عملکرد و بهره‌وری انرژی به کار می‌برند. در آینده، شاهد پیشرفت‌های چشمگیرتری خواهیم بود، اما تا زمانی که یک تراشه ۴ نانومتری را مستقیماً با یک تراشه ۲۸ نانومتری مقایسه نکنید، اندازه ترانزیستورها به تنهایی اهمیت چندانی ندارد.
