اعتدت أجهزة الكمبيوتر أن تكون كبيرة بحجم الغرفة
لكنه الآن في جيبك،
على معصمك،
ويمكن حتى زرعها داخل جسمك.
كم ذلك رائع!
قد تم تمكين هذا عن طريق تصغير الترانزستورات
وهي مفاتيح صغيرة في الدارات
في قلب أجهزة الكمبيوتر لدينا.
وقد تحقق ذلك، من خلال عقود من التنمية
وتقدمات مفاجئة، في العلوم والهندسة
ومليارات الدولارات من الاستثمار.
لكنه أعطانا كميات هائلة من الحوسبة،
كميات هائلة من الذاكرة
والثورة الرقمية التي نختبرها ونستمتع بها اليوم.
ولكن الخبر السيء،
نحن على وشك الوصول إلى حاجز طرق رقمي،
باعتبار ان معدل تصغير الترانزستورات يتباطئ.
وهذا ما يحدث بالضبط، في نفس الوقت
الذي يكون فيه إبداعنا في البرمجيات يستمر بلا هوادة
مع الذكاء الاصطناعي والبيانات الضخمة.
وأجهزتنا تعمل بانتظام على التعرف على الوجه أو تعزيز واقعنا
أو حتى قيادة السيارات في طريقنا الفوضوي الغادر.
إنه مذهل.
لكن إذا لم نستمر مع شهية برنامجنا،
ربما سنصل إلى نقطة في تطوير التكنولوجيا لدينا
حيث أن الأشياء التي يمكننا القيام بها في البرمجيات يمكن أن تكون محدودة!
من قِبل جهازنا الصلب.
لقد عانينا جميعًا من الإحباط من هاتف ذكي قديم أو جهاز لوحي قديم
يكدح ببطئ مع مرور الزمن، إلى أن يتوقف عن العمل،
بسبب الوزن المتزايد باستمرار من تحديثات البرامج والميزات الجديدة.
وقد عملت على ما يرام، فقط عندما اشتريناها منذ وقت ليس ببعيد.
لكن، مهندسي البرمجيات الجياع قد أكلوا كامل قدرات الجهاز
مع مرور الزمن.
صناعة أشباه الموصلات، تدرك هذا جيداً،
وتعمل على كل أنواع الحلول الإبداعية،
مثل الذهاب إلى أبعد من الترانزستورات إلى الحوسبة الكمومية.
أو حتى العمل مع الترانزستورات في البنى البديلة
مثل الشبكات العصبية
لصناعة دارات اكثر قوة و فعالية.
لكن هذه المقاربات سوف تستغرق بعض الوقت،
ونحن نبحث حقاً عن أكثر من ذلك بكثير لحل فوري لهذه المشكلة.
السبب في أن معدل التصغير من الترانزستورات يتباطئ
بسبب التعقيد المتزايد في عملية التصنيع.
الترانزستور كان جهاز ضخم كبير،
حتى اختراع الدائرة المتكاملة
على أساس رقائق السيليكون النقية البلورية.
وبعد 50 سنة من التطوير المستمر،
يمكننا الآن تحقيق ترانزستور بأبعاد
تصل الى 10 نانومتر.
يمكنك احتواء أكثر من مليار من الترانزستورات
في ملليمتر مربع واحد من السيليكون.
ولوضع هذا في منظور:
ثخن شعرة الإنسان 100 ميكرون.
خلية دم حمراء، وهي غير مرئية في الأساس،
هو ثمانية ميكرون،
ويمكنك وضع 12 عبر عرض شعر الانسان.
لكن الترانزستور، في المقارنة، أصغر بكثير،
في جزء صغير جدا من الميكرون.
يمكنك أن تضع أكثر من 260 من الترانزستورات
عبر خلية دم حمراء واحدة
أو أكثر من 3000 عبر عرض شعر الانسان.
انها حقا تكنولوجيا نانو لا تصدق! وهي في جيبك الآن.
وبالاضافة الى الفائدة الواضحة
في القدرة على وضع المزيد من الترانزستورات الأصغر على رقاقة.
الترانزستورات الأصغر هي مفاتيح أسرع،
و الترانزستورات الأصغر هي أيضاً مفاتيح أكثر كفاءة.
لذلك أعطانا هذا الجمع
الإلكترونيات ذات تكلفة أقل، أداء أعلى و كفاءة أعلى
التي نستمتع بها جميعنا اليوم.
لتصنيع هذه الدوائر المتكاملة،
تم بناء الترانزستورات طبقة تلو طبقة
على رقاقة السيليكون النقية البلورية.
وبمعنى أبسط،
كل ميزة صغيرة من الدارة تم اسقاطها
على سطح رقاقة السيليكون
وسجلت في مادة حساسة للضوء
ومن ثم حفر خلال المواد الحساسة للضوء
لترك النمط في الطبقات السفلية.
و هذه العملية تتحسن بشكل كبير على مرّ السنين
لإعطاء اداء الالكترونيات التي نملكها اليوم.
ولكن مع تصاغر الترانزستورات،
نحن نقترب حقا من القيود المادية
لتقنية التصنيع هذه.
أحدث الأنظمة للقيام بهذا التنميط
أصبحت معقدة للغاية
يقال أن تكلفتها أكثر من 100 مليون دولار لكل منها.
ومصانع أشباه الموصلات تحتوي على العشرات من هذه الآلات.
لذلك الناس يسألون بجدية: هل هذا النهج طويل الأجل؟
لكننا نعتقد أنه يمكننا القيام بتصنيع هذه الرقاقات
بطريقة مختلفة تماماً وأكثر فعالية بالكلفة
باستخدام الهندسة الجزيئية، وتقليد الطبيعة
نزولا الى أبعاد النانو من الترانزستورات لدينا.
كما قلت، التصنيع التقليدي يأخذ كل ميزة صغيرة من الدائرة
و يسقطها على السيليكون.
ولكن إذا نظرت إلى هيكل الدائرة متكاملة،
مصفوفات الترانزستور،
يتم تكرار العديد من الميزات ملايين المرات.
انها بنية دورية للغاية.
لذلك نحن نريد الاستفادة من هذا التكرار الدوري
في تقنيتنا البديلة في التصنيع.
نريد استخدام مواد التجميع الذاتي
لتشكيل الهياكل الدورية بشكل طبيعي
التي نحتاجها للترانزستورات لدينا.
نحن نفعل هذا مع المواد،
ثم المواد تفعل العمل الشاق من الزخرفة الجميلة،
بدلاً من الدخول في إسقاط التكنولوجيا إلى حدودها و تجاوزها.
ينظر إلى التجميع الذاتي في الطبيعة في العديد من الأماكن المختلفة،
من الأغشية الدهنية إلى هياكل الخلية،
لذلك نحن نعرف أنه يمكن أن يكون حلا قويا.
إذا كانت جيدة بما فيه الكفاية للطبيعة، يجب أن تكون جيدة بما فيه الكفاية لنا
لذلك نحن نريد أن نأخذ هذا الحدوث الطبيعي التجميع الذاتي المتين
واستخدامها لتصنيع تكنولوجيا أشباه الموصلات.
نوع واحد من مواد التجميع الذاتي،،
يطلق عليه كتلة البوليمر المشتركة،
يتكون من سلسلتين بوليمر فقط و طوله بضع عشرات من النانومتر.
لكن هذه السلاسل تكره بعضها البعض.
إنهم يصدون بعضهم البعض،
يشبه إلى حد كبير النفط والماء أو ابني وابنتي المراهقين.
(ضحك)
لكننا نربطهم بقسوة معاً،
يشكل في ثناياه عوامل الإحباط في النظام،
كما يحاولون الانفصال عن بعضهم البعض.
وفي المواد السائبة، هناك مليارات من هؤلاء،
والمكونات المماثلة حاولت أن تلتصق ببعضها البعض،
والمكونات المعارضة تحاول الانفصال عن بعضها البعض
في نفس الوقت.
وهذا له إحباط داخلي، توتر في النظام.
لذلك يتحرك، يضغط حتى يتم تشكيل الشكل.
والشكل الطبيعي الذاتي التجميع التي يتم تشكيلها هو مقياس النانو،
انها منتظمة، انها دورية، وهي بعيدة المدى،
وهو بالضبط ما نحتاجه لصفائف الترانزستور لدينا.
لذلك يمكننا استخدام الهندسة الجزيئية
لتصميم الأشكال المختلفة من مختلف الأحجام
ودورات مختلفة.
لذلك على سبيل المثال، إذا أخذنا جزيء متماثل
حيث سلاسل البوليمر اثنتين متشابهة الطول ،
البنية الطبيعية المجمعة ذاتيا التي يتم تشكيلها
هي خط طويل متعرج،
يشبه إلى حد كبير البصمة.
وعرض خطوط بصمات الأصابع
والمسافة بينهما
يتحدد بالأطوال من سلاسل البوليمر لدينا
ولكن أيضا بمستوى الإحباط المبني داخليا في النظام.
ويمكننا حتى إنشاء هياكل أكثر تفصيلاً
إذا استخدمنا جزيئات غير متكافئة،
حيث سلسلة البوليمر واحدة هي أقصر بكثير من الآخرى.
والهيكل الذاتي التجميع المشكل في هذه الحالة
هو مع سلاسل أقصر تُشكل كرة ضيقة في الوسط ،
وتحيط به سلاسل البوليمر أطول و معارضة له،
تشكيل اسطوانة طبيعية.
وحجم هذه الاسطوانة
والمسافة بين الاسطوانات، الدورية،
يتم تحديده مرة أخرى من قبل متى نصنع سلاسل البوليمر
ومستوى الإحباط المدمج.
وبعبارة أخرى، نحن نستخدم الهندسة الجزيئية
للهياكل المجمعة ذاتيا على مستوى النانو
التي يمكن أن تكون خطوط أو اسطوانات بحجم ودورية تصميمنا.
نحن نستخدم الكيمياء، هندسة كيميائية،
لتصنيع ميزات النانو التي نحتاجها للترانزستورات لدينا.
لكن القدرة لتجميع هذه الهياكل ذاتيا
يأخذنا فقط نصف الطريق،
لأننا لا نزال بحاجة لوضع هذه الهياكل
حيث نريد الترانزستورات في الدائرة المتكاملة.
لكن يمكننا القيام بذلك بسهولة نسبية
باستخدام هياكل دليل واسعة التي تعلق عليها الهياكل المجمعة ذاتياً،
بحيث يثبتهم في مكان
وإجبار بقية الهياكل المجمعة ذاتياً
أن تتوضع بالتوازي،
تتماشى مع دليل هيكلنا.
مثلاً، إذا كنا نريد أن نصنع خط 40 نانومتر دقيق،
وهو صعب جدا للتصنيع مع تقنية الإسقاط التقليدية،
يمكننا صنع دليل هيكل 120 نانومتر
مع تقنية الإسقاط العادية،
وهذا الهيكل سوف يوضع ثلاثة من خطوط 40 نانومتر بينهما.
لذلك المواد تفعل الزخرفة الدقيقة الأكثر صعوبة.
ونحن نسمي هذا النهج كله "التجميع الذاتي الموجه."
التحدي مع التجميع الذاتي الموجه
هو أن النظام بأكمله يحتاج إلى للمحاذاة تقريباً بشكل تام،
لأن أي عيب صغير في الهيكل يمكن أن يسبب فشل الترانزستور.
ولأن هناك مليارات من الترانزستورات في دائرتنا،
نحتاج تقريباً نظام مثالي جزيئي.
لكننا نذهب إلى تدابير استثنائية
لتحقيق هذا،
من نظافة الكيمياء لدينا
لتجهيز دقيق لهذه المواد
في مصنع أشباه الموصلات
لإزالة حتى أصغر العيوب النانوية.
لذلك التجميع الذاتي الموجه هي تقنية مبتكرة جديدة مثيرة ،
لكنها لا تزال في مرحلة التطوير.
لكننا ننمو في الثقة يمكننا، في الواقع، تقديمه
لصناعة أشباه الموصلات
كعملية تصنيع جديدة ثورية
في السنوات القليلة المقبلة فقط.
وإذا استطعنا القيام بذلك، إذا نجحنا،
سنكون قادرين على المتابعة
مع تصغير فعال من حيث الكلفة للترانزستورات
تواصل مع توسع مذهل في الحوسبة
والثورة الرقمية.
وما هو أكثر من ذلك، هذا يمكن حتى يكون فجر عهد جديد
التصنيع الجزيئي.
كم هذا رائع!
شكرا لكم
(تصفيق)