میکروالکترونیک چیست؟

به گزارش خبرگزاری علم و فناوری آنا به نقل از سای‌تِک‌دیلی، واحد سازنده هر دستگاه میکروالکترونیک، ترانزیستور است که در دهه 1940 اختراع شد. ترانزیستورها می‌توانند تقریبا به صورت آنی جریان الکتریکی را روشن و خاموش کنند. این ویژگی، یک‌ها و صفرهایی را که برای دستور دادن به رایانه استفاده می‌شود امکان پذیر می‌کند.

به دلیل کوچک‌‌تر شدن ترانزیستورها و سایر پیشرفت‌‌ها، رایانه‌‌هایی که زمانی کل اتاق یک ساختمان را اشغال می‌کردند، اکنون روی لپ ‌تاپ یا حتی ساعت هوشمند قرار می‌گیرند. هزینه هر واحد محاسباتی نیز به شدت کاهش یافته است.

با این حال، در تمام بخش‌‌های اقتصاد، نیاز فوری به اشکال کاملا جدید میکروالکترونیک وجود دارد که بتواند حجم‌‌های بی‌‌سابقه‌‌ای از داده‌‌ها را سریع‌‌تر از همیشه جمع‌‌آوری و تحلیل کند؛ اما علم و فناوری که چنین حجم میکروالکترونیک جدیدی را فراهم کند، هنوز وجود ندارد. یکی از چالش‌ها این است که اندازه ترانزیستورها در ابررایانه‌های امروزی از یک میلیونم به یک میلیاردم متر کوچک و به اندازه اتم‌ها نزدیک شده است. در تلاش برای پیشرفت‌های اساسی، محققان باید به دنبال راه‌‌های جایگزین برای کوچک‌ سازی و راه ‌حل‌‌هایی فراتر از انواع کنونی معماری رایانه باشند.

در کنار پردازش بسیار سریعتر داده‌ها، محققان دو مشکل بزرگ برای حل دارند. نخست، میکروالکترونیک در رایانه‌ها، مراکز داده و شبکه‌ها تقریبا 10 درصد برق جهان را مصرف می‌کند و این رقم در حال افزایش است. یک ابرکامپیوتر، می‌تواند به اندازه نیاز تقریبا 10 هزار خانه، برق مصرف کند. دوم، برای ساخت میکروالکترونیک‌های پیشرفته به مواد مختلفی نیاز است و کمبود برخی از اینها می‌تواند باعث اختلال در زنجیره تامین شود که به اقتصاد آسیب می‌رساند.

این مشکلات در آزمایشگاه ملی آرگون وزارت انرژی آمریکا در حال حل شدن است. محققان رویکردهای جدیدی را برای معماری‌‌های میکروالکترونیک و محاسباتی دنبال می‌کنند که سریع‌ تر و کارآمدتر از نظر انرژی هستند و شامل مواد حیاتی کمتری می‌‌شوند. مثلا کارآمدترین پردازشگر اطلاعات، مغز انسان است. بنابراین دانشمندان به دنبال توسعه میکروالکترونیک و معماری کامپیوتری هستند که مغز را تقلید کند. همچنین فرآیندهای تولید سازگار با محیط زیست برای میکروالکترونیک در حال توسعه هستند.

قطعات الکترونیکی فوق کوچک اطلاعات را در تمام دستگاه‌های الکترونیکی هوشمند پردازش می‌کنند. سفینه دو فضانورد در سال 1969، با همین قطعات روی ماه فرود آمدند و سالم برگشتند.

امروزه آنها زندگی ما را در قالب تلفن‌های همراه، رایانه، تلویزیون‌های هوشمند، سیستم‌های موقعیت یابی جهانی و غیره تحت تاثیر قرار داده اند. میکروالکترونیک‌های قویتر برای پیشرفت در تحقیقات علمی ضروری هستند.

میکروالکترونیک تا حدی به دلیل پیشرفت در هوش مصنوعی وارد فاز جدیدی شده است. وسایل نقلیه خودران در حال حاضر راه خود را به بازار یافته اند. مواد مبتنی بر هوش مصنوعی شبه پوست که مشکلات سلامتی احتمالی را تشخیص می‌دهند به زودی به بازار عرضه می‌شوند.

اما میکروالکترونیک در یک دوراهی قرار دارد. بدون فناوری کاملا جدید، کل انرژی اختصاص داده شده به تمام میکروالکترونیک‌ها به زودی سرسام آور خواهد شد.

دانشمندان در حال مقابله با این چالش هستند و مسیرهای جدیدی را برای ابداع مواد و دستگاه‌‌هایی دنبال می‌کنند که این میکروالکترونیک‌ها در آنها تعبیه خواهد شد. چنین تراشه‌هایی که منجر به استفاده از میکرو الکترونیک با انرژی کارآمدتر و سازگار با محیط زیست برای قرن 21  می‌شود.