یکی از اتفاقات خوبی که در دولت ترامپ رخ داد، تمرکز بر تولید تراشه‌های نیمه هادی در داخل خود ایالات متحده بود. این مصوبه قانونی باعث شد تا برترین کارخانه ریخته‌گری در جهان، یعنی کمپانی TSMC یک مرکز ساخت تراشه در شهر فینیکس، ایالت آریزونا افتتاح کند که قرار است از سال 2024 رسما کار خود را با عرضه تراشه‌های ساخته شده با فرآیند 5نانومتری آغاز نماید. در ادامه درباره انتقال خط تولید تراشه‌های اپل بیشتر بخوانید.
به بیان ساده، هرچه گره فرآیند ساخت تراشه پایین‌تر باشد، یعنی ترانزیستورهای کوچک‌تری در آن به کار رفته و طبیعتا تعداد آنها در قطعه نیز بیشتر است. این خود موضوع مهمی است، چراکه معمولا هر چه تعداد ترانزیستورهایی که در داخل یک تراشه قرار می‌گیرند بیشتر باشد، آن تراشه هم قدرتمندتر و البته هم کم‌مصرف‌تر می‌شود. امسال، واحد ریخته‌گری تراشه سامسونگ (Samsung Foundry) موفق شده تا تراشه‌های 3 نانومتری را وارد بازار کند و سال آینده هم TSMC قصد دارد تا تراشه‌های A17 Bionic 3 نانومتری را برای آیفون های 15 پرو و آیفون 15 اولترا به اپل تحویل دهد.
به عنوان مثال، A13 Bionic موجود در سری آیفون 11 از سال 2019 توسط TSMC با استفاده از گره پردازشی 7 نانومتری ساخته شده و 8.5 میلیارد ترانزیستور را حمل می‌کند. از طرف دیگر تراشه A16 Bionic که برای تامین قدرت پردازشی مدل‌های آیفون 14 پرو استفاده شده توسط TSMC با استفاده از فرآیند 5 نانومتری پیشرفته این کمپانی (که 4 نانومتر هم نامیده می‌شود) ساخته شده است و هر تراشه به نزدیک 16 میلیارد ترانزیستور مجهز شده است. در خرداد ماه دو سال پیش، IBM اعلام کرد که یک تراشه 2 نانومتری را توسعه داده است که می‌تواند 50 میلیارد ترانزیستور را در فضایی به اندازه یک ناخن جای دهد!
25 درصد از سهم سود سالانه شرکت TSMC مربوط به سفارشات شرکت اپل است. اپل هم اخیراً تمایل پیدا کرده تا خط تولید تراشه‌هایش را به نقطه‌ای از جهان منتقل کند که کمتر از تایوان در مرکز توجه چین قرار داشته باشد. با توجه به اینکه چین به دنبال خودکفایی در زمینه تولید تراشه است، همیشه این ترس وجود دارد که چشم خود را به تایوان دوخته باشد. به همین خاطر هم اپل ترجیح می‌دهد بیهوده وارد رقابت بر سر مکان خط تولید تراشه‌هایش نشده و آن را به خارج از تایوان و در واقع داخل خاک خود ایالات متحده منتقل نماید.
همان‌طور که گفتیم، انتظار می‌رود تأسیسات TSMC در ایالات متحده تراشه‌های 5 نانومتری را تولید کند. اما با توجه به خبر هایی که اخیراً توسط TechSpot منتشر شده، هر دو کمپانی اپل و TSMC در حال بحث در مورد انتقال خط تولید تراشه‌های 3 نانومتری TSMC به ایالات متحده هستند. تحقق این امر به همکاری گسترده TSMC نیاز دارد. اگر این شرکت بتواند تراشه‌های خود را در آریزونای آمریکا تولید کند، اپل هم در نتیجه می‌تواند سریع‌تر به تراشه‌های خود دسترسی داشته باشد. اتفاقی که می‌تواند نگرانی‌های اپل در مورد وضعیت ژئوپلیتیکش را برطرف نماید.
بدیهی است که این اتفاق نمی‌تواند فورا رخ دهد. پس با توجه به اینکه انتظار نمی‌رود این کارخانه در آریزونا حداقل تا سال 2025 به صورت کامل باز شود، اپل مجبور خواهد بود تا زمانی که فرآیند 3 نانومتری برای ساخت تراشه در ایالت متحده در دسترس قرار بگیرد، از تراشه‌های 2 نانومتری استفاده کند.
طبق برآورد‌ها، اگر اپل همچنان در سری آیفون 17 نیز به تفاوت بین مدل‌های پرو معمولی پایبند باشد، بالاخره در سال 2025 شاهد استفاده از اولین تراشه‌های ساخت آمریکا در گوشی‌های آیفون 17 پرو و آیفون 17 پلاس خواهیم بود.
علاوه بر این، یکی از کارخانه‌های TSMC اکنون در حال کار بر روی پیدا کردن راهی جهت کاهش گره فرآیند به 1 نانومتر است. ماه گذشته، Samsung Foundry نقشه راه تولید تراشه خود را اعلام کرد که از گره فرآیند 3 نانومتری در امسال، قصد دارد به گره 2 نانومتری در سال 2025 برسد.
همچنین Samsung Foundry می‌گوید که در سال 2027 تراشه‌هایی با گره فرآیند 1.4 نانومتری تولید خواهد کرد. در این میان شرکت اینتل هم سال گذشته اعلام کرد که فناوری‌های جدید به آن اجازه می‌دهد که تا سال 2025 آماده رقابت با TSMC و سامسونگ برای تولید بهترین تراشه‌ها شود.
مشکلی که شرکت‌هایی مانند TSMC، Samsung Foundry و Intel با آن مواجه هستند، نحوه کوچک‌تر کردن ترانزیستورها است. کل این فرآیند بسیار پیچیده است. در چند سال گذشته، TSMC و Samsung Foundry از ترانزیستورهای FinFET (اثر میدانی باله شکل) استفاده کرده‌اند.
اما سامسونگ امسال شروع به استفاده از ترانزیستورهای Gate-All-Around (GAA) کرد. ترانزیستورهای GAA می توانند گیت را با هر چهار طرف کانال ترانزیستور در تماس قرار دهند تا کنترل بیشتری بر جریان داشته باشد. این کار را با جایگزینی باله عمودی با پشته‌های افقی که نانو صفحات نامیده می‌شود، انجام می‌دهند (ترانزیستورهای FinFET فقط سه طرف کانال را می پوشانند).
ترانزیستور GAA که ابتدا توسط سامسونگ طراحی شد، می‌تواند به کاهش اندازه ترانزیستور (که قبلا به مزایای آن اشاره کردیم) کمک کند و تراکم ترانزیستور را بهبود بخشد و باعث قرار گیری ترانزیستورهای بیشتری در داخل یک تراشه شود. تراشه‌های GAA همچنین به کانال اجازه می‌دهند تا در داخل کامپوننت گسترش پیدا کند. اتفاقی که باعث سریع‌تر شدن تراشه می‌شود. همچنین به سازنده کمک می‌کند تا تراشه‌های قدرتمندتر و کارآمدتری را تولید کند.
به خاطر داشته باشید که TSMC برای تولید تراشه های 3 نانومتری خود هنوز به ترانزیستورهای FinFET پایبند است و احتمالا زمانی از ترانزیستورهای GAA استفاده خواهد کرد که تراشه‌های 2 نانومتری دیگر از رده خارج شده‌اند. این در حالی است که سامسونگ در حال حاضر از ترانزیستورهای GAA بر روی قطعات 3 نانومتری خود نیز استفاده می‌کند.
خبر مرتبط: افزایش تولید آیفون در هند
