ماهو الـ "Nanometer" بمواصفات المعالج و ما هي أهميته ؟

عند الحديث عن معالجات الكمبيوتر أصبح الأمر لا يتعلق قفط بسرعة وجيل المعالج، بل أنك ستجد الكثير من المواصفات والفنية والتي ربما يكون بعضها معقداً بالنسبة للمستخدم العادى لكن امن المؤكد أن تلك المواصفات تعني شيئاً ما خاصةً إذا كانت تختلف من معالج لآخر، وأحد تلك المواصفات هو معامل "Nanometer" والذى يكون علي شكل رقم متبوعاً بحرفى "nm" كإختصار والذى ربما سمعت عنه من خلال تغطيتنا الإخبارية الإسبوعية والتي قمنا من خلالها بتغطية خبر تأجيل إصدار شرائح معالجات 7 نانو ميتر من إنتل ، ومن خلال مقال اليوم سنوضح لكم ماذا يعني الـ "Nanometer" بمواصفات المعالج و ما هي أهميته بالنسبة لك.

مبدئياً فإن وحدة النانوميتر تعد وحدة لقياس الأطوال والمسافات ولكنها وحدة متناهية الصغر، حيث يُمكن تمثيلها حسابياً بأنها تبلغ قيمة 1/مليار من المتر العادى، وحتي يُمكنك تصور مدى صغر تلك الوحدة يكفي القول بأن وحدة المليمتر المعروفة لقياس المسافات القصيرة تعادل مليون نانو ميتر، ولأنها وحدة متناهية في الصغر تستخدم في قياس الأطوال والمسافات القصيرة جداً والتي غالباً لا يُمكن تمييزها بالعين المجردة علي سبيل المثال يستخدمها علماء الكيمياء في وصف وقياس الوحدات الذرية.

لكن ماذا يعني ذلك بالمعالجات ؟

يتكون المعالج من مجموعة من وحدات الترانزستور والتي يوجد الملايين منها بوحدة المعالج صغيرة الحجم التي تستخدمها بجهازك، ولذلك فإن المسافة بين كل ترانزستور والآخر والتي لا بد ان تكون متناهية في الصغر ولا تُرى بالعين المجردة يتم قياسها بإستخدام وحدة النانوميتر، لذلك عند القول ان هذا المعالج او ذاك هو معالج بتقنية 14nm مثلاً، فهذا يعني أن المسافة بين كل ترانزستور والآخر علي شريحة هذا المعالج تبلغ 14 نانوميتر.

لكن ماهى أهمية ذلك الأمر ؟

صورة ميكروسكوبية لشريحة المعالج

عند وضع عدة عناصر بمساحة ثابتة سيتوقف عدد العناصر التى تستطيع وضعها بتلك المساحة علي المسافة بين كل عنصر والآخر، فكلما قلت المسافة بين كل عنصر والآخر كلما إستطعت وضع عناصر أكثر بنفس المساحة، وبالمثل يتم الأمر في حالة عدد وحدات الترانزستور بالمعالج، فبما أن مساحة المعالج ثابتة نوعاً ما سيتوقف عدد وحدات الترانزستور بالمعالج علي المسافة بين كل منها فكلما قلت تلك المسافة كلما زاد عدد تلك الوحدات.

ولتوضيح الأمر يجب العلم أن وحدات الترانزستور هى المسئولة عن نقل التيار داخل المعالج حيث يعمل كل ترانزستور كمفتاح للتحكم إما بالسماح للتيار بالمرور للترانزستور التالي ثم التالي وتوصيل التيار و بالتالي نقل البيانات وتنفيذ العمليات من خلال المعالج أو قطع التيار ومنعه من الوصول للترانزستور التالي وبالتالي توقف المعالج عن العمل، وهي اللغة الوحيدة التي تفهمها قطع الهاردوير فكلنا نعلم أن (1) يعني مرور التيار و (0) يعني قطع التيار.

بالتالي كلما كان معامل النانوميتر أقل بتصميم المعالج كلما قلت المسافة بالنانوميتر بين كل ترانزستور والأخر داخل تصميم المعالج و بالتالي سيزيد عدد وحدات الترانزستور التي يُمكن وضعها داخل المعالج مما سيؤدي إلي زيادة قوة المعالج وكفاءة تصميم المعالج بالإضافة لإمكانية توسيع قدرات المعالجات من خلال المليارات من واحدت الترانزستور والتي يُمكن من خلالها زيادة أداء المعالج والقيام بعمليات أكثر تعقيداً مثل المعالجات التي تدعم عمليات الذكاء الإصطناعي مثلاً.

أمر آخر ناتج عن زيادة عدد وحدات الترانزستور وهو إستهلاك الطاقة، فكلما كانت قيمة النانوميتر بتصميم المعالج أقل كلما يعني ذلك ان المسافة بين كل ترانزستور والآخر أصبحت أقل وهو ما يعني أنه عند إنتقال التيار الكهربى بين ترانزستور والآخر سيقطع ذلك التيار مسافة أقل وهو ما يعني قلة الإنبعاث الحرارى الناتج عن سريان التيار داخل المعالج وبالتالي سيصبح المعالج أقل إستهلاكاً للطاقة وأقل إنتاجاً للحرارة.

و لايقتصر ذلك الأمر علي معالجات الحاسب فقط، بل أن أى معالج يعتمد علي تصميم معين، فستجد ان معامل تصميم بالنانوميتر لمعالجات الهواتف الذكية وأيضاً معالجات الرسوميات "GPU" لكن بالطيع يختلف الأمر بين كل منهم، فمثلاً معالج هاتف ذكى بتصميم 22 نانوميتر مثلاً سيحتوي عدد وحدات ترانزستور أقل من معالج جهاز كمبيوتر بنفس التصميم والسبب أن معالج الهاتف يكون أقل حجماً وبالتالي فإن مساحة التصمم ستكون أقل مما يعني عدد وحدات أقل.

وقد بدأت الشركات قديماً بتصنيع المعالجات المركزية بتصميم 90 نانوميتر ثم بدأ الأمر بالتطور والوصول لتقنيات جديدة تتيح تقليل المسافة بين كل ترانزستور والآخر بالتالي تدرجت المعالجات بين 65 نانوميتر ثم 45 نانوميتر و 35 نانوميتر ثم تمكنت بعد ذلك شركة إنتل من تصنيع معالج بتصميم 22 نانوميتر والذي تم إعتماده عام 2011 وكان يعتبر طفرة بعالم المعالجات بذلك الوقت.

وستجد أن معظم المعالجات الحديثة حالياً بتصميم 14 نانوميتر والذي تم تصميمه وإعتماده عام 2014 من قبل إنتل أيضاً وبالوقت الحالي توجد بعض المعالجات بتصميم 10 نانوميتر وكما ذكرنا ببداية المقال أن شركة إنتل تعمل حالياً علي إنتاج معالجات بتصميم 7 نانوميتر والتي كان من المفترض أن يتم طرحها هذا العام  وستحتوي علي ما يقرب من سبعة مليار وحدة ترانزستور بنفس مساحة المعالج الواحد.