TREASURES
2014/03/05, 20:34
سلام دوستان !
تا حالا از خودتتون سوال کردید که سی پی یو ها تا چه اندازه DIE رو میتونن در خود جاگذاری کنن ؟؟
ترانزیستورها تا چه اندازه میتونن کوچیک بشن؟
تا چه اندازه میتونن حرارت ناشی از تراکم DIE ها رو تحمل کنن؟
(امروز استاد درس VLSI مون من رو وادار به تفکر در این مورد کرد)
جواب این سوالات رو میتونید از مقاله ی زیر که نوشته ی خانم ناتاشا لوماس و ترجمه ی علی حسینی هست پیدا کنید !!
امیدوارم مورد توجه دوستان قرار بگیره .....
توضیحات :
به هر کدام از قسمت های رنگی در عکس یک DIE گفته می شود :
فقط کاربران عضو قادر به مشاهده لینک‌ها هستند.
اگر قانونی را که برای نخستين‌بار گوردون مور مؤسس شرکت اينتل مطرح کرد در نظر بگيريم، ما نيز مانند بسياری ديگر تأييد خواهيم کرد که هم‌اکنون صنعت کامپيوتر در بعد محاسباتی‌اش با نوعی رکود مواجه شده‌است. قانون مور می‌گويد، تعداد ترانزيستورهای يک تراشه در هر بازه زماني دوساله دو برابر می‌شوند و اين قانونی است که دست‌کم از سال 1975 تاکنون اعتبار خود را حفظ كرده است. ترانزيستورهاي سيليکونی رکن اصلی تجهيزات الکترونيکي مدرن به شمار می‌آيند. انجام محاسبات پيچيده در زمانی اندک، مرهون استفاده از ميليون‌ها ترانزيستور است که روي مدارهاي مجتمع به مثابه سوييچ‌های باينری عمل می‌کنند.
ترانزيستورهای اوليه که در سال 1947 توسط آزمايشگاه‌هاي بل اختراع شدند، اجزای الکتریکی منفصلی بودند که قطرشان بيش از يک سانتي‌متر بود. اکنون چندين دهه پس از اين اختراع، اندازه ترانزيستورها کوچک‌تر و کوچک‌تر شده و اين قطعات که زماني به صورت مجزا روي بوردهای الکتریکی جای می‌گرفتند، اکنون به‌طور مستقيم روي ويفرهای سيليکونی ساخته می‌شوند و جزئی يکپارچه از مدار به شمار می‌روند که زيرساخت ديجيتال بر‌اساس آن شکل می‌گيرد.امروزه، شرکت اينتل ريزپردازنده‌هایی توليد می‌کند که دو ميليارد ترانزيستور را در خود جای می‌دهند. عرض هر يک از اين ترانزيستورها 65 نانومتر است و هر نانومتر برابر يک ميلياردم متر. حتي ترانزيستورهایی کوچک‌تر از اين، يعنی با عرض 45 و32 نانومتر نيز ساخته و براي فروش عرضه شده‌اند. اينتل تلاش خود را به اين محدود نکرده و حتی ترانزيستورهاي 22 نانومتری را نيز در خط توليد خود گنجانده‌است و گفته می‌شود در سال‌های آتی اين اندازه باز هم کوچک‌تر خواهد شد.
اما موضوع ديگري نيز وجود دارد که بايد در نظر گرفته شود و آن افزايش دمای ناشی از تراکم فزاينده ترانزيستورها است. پرسش اين است، چگونه می‌توان دمای ناشی از ترانزيستورها را مديريت کرد؟ نياز به انرژی بيشتر براي به کار انداختن تراشه‌ها باعث می‌شود دما نيز بيشتر شود، درنتيجه تراشه‌سازان به دنبال راه‌های جديدي براي غلبه بر گرما هستند، زيرا افزايش بيش از اندازه دما کارکرد تراشه‌ها را مختل می‌کند.کوچک‌تر کردن اندازه ترانزيستورها برای جای دادن تعداد بيشتري از آن‌ها روي تراشه راهبردی‌است که طی چند دهه از آن استفاده شده و نتيجه آن ساخت سخت‌افزارهایی هر چه کوچک‌تر، سريع‌تر و قدرتمندتر بوده‌است. اما آن‌طور که شواهد نشان می‌دهد، قانون مور نمی‌تواند به همين منوال پيش برود، زيرا اين قطعات را در نهايت تا مرز رسيدن به مقياس اتم می‌توان کوچک کرد.
در چند دهه آينده ساخت محصولاتي در مقياس مولکولی امكان‌پذير خواهد شد. در ساختار مذکور ميتوان اتم‌ها را چنان چيد که در نقش ترانزيستور ظاهر شوند؛ ترانزيستورهايي که قطر آن‌ها تنها چند نانومتر خواهد بود. اما حتي در اين صورت نيز زماني خواهد رسيد که کاهش مداوم اندازه‌ها دوباره باعث افت کارايي سيليکون شود و مشکلاتي مانند Electron Tunneling را به همراه داشته باشد (پديده‌ای مکانيکي در کوانتوم که باعث ناپايداری ترانزيستورهاي با عرض کمتر از پنج نانومتر می‌شود). با توجه به اين‌كه ترانزيستورهاي سيليکوني کنوني به همين سمت حركت می‌کنند، به راهکارها و فناوري‌هاي جديدي نياز خواهيم داشت تا از آن‌ها در ساخت سخت‌افزارهاي آينده استفاده كنيم.
ساخت تراشه‌های سه‌بعدي
یکی از ايده‌هایی که می‌تواند قانون مور را بسط دهد، سوار کردن هسته‌های ريزپردازنده روی يکديگر است. با اين کار به جاي آن‌که اندازه خود ترانزيستورها کاهش پيدا کند، تراکم و چگالي آن‌ها بيشتر می‌شود و اين کار به ساخت تراشه‌های سه‌بعدي می‌انجامد. اين تراشه‌های سه‌بعدي که از قرار گرفتن مدارهاي سيليکونی روي هم حاصل می‌شوند، با استفاده از رابط‌های مسی عمودی به هم متصل می‌شوند. اين ساختار اتصال دهنده TSV (سرنام Through-Silicon Vias) نام دارد.
البته استفاده از TSVها چندان هم ساده نيست و مشکلاتي مانند انتشار گرما، کاهش اندازه تراشه و فشار مکانيکي را به دنبال دارد. مضاف بر اين‌كه صنعت کامپيوتر نيز بايد استانداردهاي آن را بپذيرد تا بتوان چنين تراشه‌هایی را طراحي و توليد کرد.اســتن ويليامــز مديــر ســرمايه‌گذاري آزمايشــگاه Information and Quantum Systems وابسته به آزمايشگاه‌های شرکت اچ‌پي درباره دورنمای طرح تراشه‌های سه‌بعدي سيليکونی چندان خوشبين نيست و می‌گويد: «اين طرح مدت‌ها است پي‌گيري می‌شود، اما هنوز به نتيجه نرسيده است.» به عقيده او اين طرح چند دهه است که به عنوان هدف دنياي سيليکون مطرح شده و هنوز به نتيجه چندان مطلوبي نرسيده‌است.
مواد جايگزين
يک راه‌حل ديگر براي بسط قانون مور استفاده از مواد جايگزين در ساخت ترانزيستورها است. به اين معني که به جاي سيليکون از ماده ديگري استفاده شود. گرافين يکي از اين مواد است که از ترکيبات کربن ساخته شده و دانشمندان چندين سال است که مشغول بررسي آن هستند. گفته می‌شود، چنانچه طرح ترانزيستورهاي گرافيني به نتيجه برسد، سرعت ترانزيستورها افزايش خواهد يافت و اين ناشي از ويژگي‌های رسانایی اين ماده است که آن را بر سيليکون برتري می‌دهد.
استفاده از گرافين باعث می‌شود، الکترون‌ها با سرعت بيشتری حرکت كرده و در نتيجه ترانزيستورها نيز با سرعت بسيار بيشتري سوييچ کنند. مزيت ديگر گرافين به اندازه ترانزيستورهای ساخته شده از آن مربوط است. در سال 2008 گروهي از دانشمندان دانشگاه منچستر در نتيجه تحقيقاتشان نشان دادند، ساخت ترانزيستورهای گرافيني با اندازه کمتر از ده نانومتر ممکن است. اين ترانزيستورها برخلاف همتايان سيليکونی خود حتي در مقياس يک نانومتر نيز از رسانايی و پايداری بسيار زيادی برخوردار هستند. در نتيجه ميتوان از گرافين در ساخت ترانزيستورهایی با کمترين اندازه ممکن استفاده كرد.
شرکت آيبيام در اوايل سال 2010 يک پيش‌نمونه از ترانزيستورهاي مبتني بر گرافين را معرفي کرد. اين ترانزيستور سريع‌تر از ترانزيستور سيليکونی در اندازه مشابه خود کار می‌کرد و پيش‌بيني شده بود که جزء کربني آن می‌تواند به‌طور بالقوه تا صد‌گيگاهرتز کارايي داشته باشد و حال آن‌که ترانزيستورهاي سيليکونی با اندازه مشابه حداکثر تا چهل گيگاهرتز کارايي دارند.آی‌بي‌ام بر اين باور است که روش‌هايي که در ساخت اين پيش‌نمونه از آن‌ها استفاده شده با فرآيندهاي کنوني در صنعت نيمه‌رساناها سازگار هستند. چنانچه اين موضوع واقعيت داشته باشد، يکي از بزرگ‌ترين موانع بر سر راه جايگزيني ماده‌ای ديگر به جاي سيليکون برطرف خواهد شد.
با وجود همه اين شرايط، چند سالي زمان لازم است تا گرافين جايگزين سيليکون شود، زيرا صنعت تراشه‌سازي بايد ابزارهاي مورد نياز را براي استفاده هر چه بهتر از اين ماده جديد و بهره‌گيري از آن در مقياس نانومتر ايجاد کند. از جمله چالش‌ها و مشكلاتي كه ترانزيستورهاي گرافيني با آن مواجه هستند ميتوان، توليد صفحه‌هاي گرافيني با كيفيت با استفاده از روش‌هاي پايدار و با صرفه و سازگاري راهكارهاي جديد با فرآيندهاي كنوني توليد در اين صنعت اشاره كرد.
نانوتيوب‌های کربني
تيوب‌های بسيار ريز کربني با عرض حدود چهار نانومتر که به آن‌ها نانوتيوب‌های کربني (CNT) گفته می‌شود، از ديگر مواد جديدي هستند که چند سالي است از آن‌ها استفاده می‌شود. CNTها در دماي معمولي از رسانايي بسيار بالايي برخوردارند و از اين رو مي‌توانند با استفاده از انرژی اندک، در سرعت‌های بسيار بالا کار کنند. در همين زمينه، مدتي است که هم آيبيام و هم اينتل بخشي از فعاليت‌های خود را به استفاده از اين ماده معطوف کرده‌اند. اما براي اين‌كه بتوان اين ماده را جايگزين سيليکون کرد، برخي کارهاي زيربنايي بايد انجام شوند.
از جمله مشکلات استفاده از CNT اين است که چطور بايد هزاران CNT را با دقت بالا در تراشه‌ها چيده و سازماندهي کرد. اما شايد بتوان گفت، بزرگ‌ترين چالش براي هر ماده جايگزين سيليکون اين است: آن ماده سيليکون نيست. با وجود اين که صنعت تراشه‌سازي نسبت به استفاده از گرافين و تيوب‌های کربني تمايل زيادي نشان می‌دهد، اما نمي‌خواهد سيليکون را يک روزه با ماده ديگري جايگزين کند، زيرا تاکنون سرمايه هنگفتي را صرف سيليکون کرده‌است.
فوتون
یکی از راهکارهاي ديگري که محققان را به خود مشغول داشته، جايگزين کردن فوتون به جاي الکترون است، يعني براي انتقال و پردازش داده‌ها، به جاي الکتريسيته از ليزر استفاده شود. ويليامز از شرکت اچ‌پي می‌گويد: «تقريباً کل فرآيند حرکت داده‌ها در سيم‌های مسي و با استفاده از پالس‌های الکتريکي انجام می‌شود. مشکل اين کار اين است که اجزاي الکترونيکي براي حرکت دادن داده‌ها به انرژي زيادي نياز دارند و اين اجزا گرماي بسيار زيادي توليد می‌کنند.» در حال حاضر، انتقال اطلاعات به اين صورت عاملي است که محاسبات را با محدوديت مواجه کرده‌است و به اين دليل مشغول بررسي گزينه‌ای هستيم که به آن ارتباط فوتوني (photonic interconnect) گفته می‌شود و در آن انتقال داده‌ها با استفاده از پالس‌های نوري انجام می‌شود.فقط کاربران عضو قادر به مشاهده لینک‌ها هستند.شكل 1- پيش‌نمونه شرکت اينتل از يک لينک داده سيليکون-فوتونی با پرتوهای يکپارچه ليزری (منبع عکس: اينتل)
با استفاده از محاسبات نوری که نتيجه آن انتقال و پردازش سريع‌تر داده‌ها، کاهش گرماي هدر رفته و شايد ساخت سخت‌افزارهاي کوچک‌تر خواهد بود، چالش‌های مذکور در عرصه سخت‌افزار کامپيوتر برطرف خواهد شد. در برخي از سناريوهاي پيشنهاد شده در اين‌باره حتي شايد در ميزان انرژي مورد نياز نيز صرفه‌جويي شود.البته، همين اكنون نيز برخي شرکت‌ها با استفاده از موادي مانند ژرمانيوم نسبت به ساخت اجزاي محاسباتی نوری مبادرت می‌ورزند، اما تراشه‌سازان هنوز اين اجزا را با صنعت نيمه‌رساناي محبوب خود يعني سيليکون ادغام نکرده‌اند.
اينتل به‌تازگي طی يک طرح آزمايشي يک رابط داده فوتوني سيليکوني را به نمايش گذاشت که با استفاده از پرتوهاي ليزري ايجاد شده‌بود و نشان می‌داد که استفاده از پرتوهاي نور در سيليکون يا به عبارتي ادغام فوتون و سيليکون گزينه‌ای عملي است. اين شرکت اظهار داشته، نرخ انتقال پنجاه گيگابيت داده در ثانيه نقطه آغاز اين فناوري است و پيش‌بيني می‌شود اين سيستم در آينده بتواند از نرخ انتقال يک ترابيت در ثانيه نيز پشتيباني کند.
ماريو پانيسيا سرپرست آزمايشگاه فناوري فوتوني اينتل می‌گويد: «بسيار عالي خواهد شد اگر بتوانيم در نتيجه استفاده همزمان از سيليکون و فوتون از مزاياي هر دو استفاده کنيم. مزيت سيليکون اين است که ميتوان آن را در حجم بالا و با هزينه‌ای اندک توليد کرد. مزاياي ليزر نيز پهناي باند بالا، قابليت آن در برقراری ارتباط در فاصله‌هاي طولانی و عدم وجود نويز در آن است.»
از نظر اينتل در آينده فيبر و فوتون می‌توانند براي انتقال داده‌ها بين تراشه‌ها و قطعات، جايگزين سيم‌های مسي شوند و به تبع آن هم پهناي باند انتقال داده‌ها افزايش خواهد يافت و هم هزينه‌ها کاهش پيدا خواهد کرد. حتي پيکربندي اجزاي داخلي کامپيوتر از جمله حافظه و CPU نيز ممکن است متحول شود. سيم‌هاي مسي داده‌ها را با سرعتي در حدود ده گيگابيت در ثانيه منتقل مي‌کنند و براي افزايش اين ميزان يا بايد طول کابل‌هاي مسی کمتر شود يا بايد از انرژي بيشتري استفاده شود تا سيگنال‌های الکتريکي را با سرعت بيشتري به حرکت درآورد و البته در سخت‌افزارهاي کنوني اجراي هر دو گزينه با مشکلاتي مواجه است.فقط کاربران عضو قادر به مشاهده لینک‌ها هستند.شكل 2- آيا ممريستور شرکت اچ‌پی در کنار مقاومت، خازن و القاکننده، به عنصر چهارم مدارها تبديل خواهد شد؟ (منبع عکس: اچ‌پی)پانيسيا بر اين باور است که با استفاده بيشتر از فوتون، طراحي سخت‌افزارها متحول خواهد شد. ديگر نيازي نخواهد بود تا اجزاي سخت‌افزاری را نزديك به هم قرار دهيم و اين باعث می‌شود تا گرماي ناشي از کارکرد آن‌ها کمتر شده و در نتيجه ضريب خطای قطعات نيز کاهش پيدا کند. به باور او با رسيدن به اين دوره جديد، يعني عصر ارتباطات نوری، طراحي کامپيوترهاي شخصي و سرورها، طراحي ديتاسنترهاي آينده، و نحوه ارسال و دريافت داده‌ها در سيستم‌های آتی کلاود متحول خواهد شد.
ويليامز از شرکت اچ‌پي نيز اظهار می‌دارد که استفاده از فناوري فوتون باعث افزايش سرعت قطعات الکترونيکي و کاهش گرما و نيز کاهش هزينه برق خواهد شد. به گفته او، با استفاده از اين فناوري پهناي باند يا به عبارتی فرکانس انتقال اطلاعات افزايش يافته و زمان انتظار برای دريافت سيگنال کاهش پيدا می‌کند و جالب آن‌که هر دوي اين دستاوردها با استفاده از برق کمتر امكان‌پذير خواهد شد. در نتيجه، هزينه‌ها از جمله هزينه‌های اداره يک مرکز داده کمتر خواهد شد.
اين سؤال به ذهن متبادر مي‌شود که چقدر زمان لازم است تا تجهيزات الکترونيکي فيبری به‌طور انبوه وارد بازار شوند؟ اين زمان آن‌قدرها هم که تصور می‌شود، زياد نخواهد بود. پانيسيا احتمال می‌دهد، ارتباطات سيليکون فوتونی طي سه تا پنج سال آتی عملياتي شوند. به گفته او تمايل زيادی وجود دارد که اين فناوری هرچه زودتر وارد عرصه ارتباطات شود و از اين‌رو پيش‌بيني مي‌شود، در اواسط دهه بعد تجهيزات سيليکون‌فوتوني در پلتفرم اچ‌پي مورد استفاده قرار بگيرند. طبق گفته ويليامز اميد می‌رود که اچ‌پی در دو تا سه سال آينده يک محصول با قابليت ارتباط فوتوني را عرضه کند. اما حتي اگر دورنماي فناوري فوتون نيز برای شما چندان جالب توجه نيست، يک تحول بنيادی ديگر نيز در شرف وقوع است که می‌تواند توجه شما را به خود جلب کند و آن ممريستور است.
ممريستور
فرضيه ساخت ممريستور1 براي نخستين‌بار در سال 1971 و توسط يک مهندس برق و دانشمند علوم کامپيوتر موسوم به لئون چوآ مطرح شد و تا همين دو سال پيش، بيشتر يک نظريه روي کاغذ بود تا يک طرح عملي. اما در سال 2008 ويليامز و گروه او از شرکت اچ‌پی با معرفي نخستين نمونه ممريستور هياهوي بسياري در محافل فناوری به پا کردند.
اما اين هياهو براي چه بود؟ ممريستور در واقع عنصری است در مقياس نانومتر در يک مدار که می‌تواند هم در نقش يک ذخيره‌ساز ظاهر شود و هم در نقش يک گيت منطقي. يعني می‌توان از آن هم برای انجام يک محاسبه استفاده کرد و هم برای ذخيره نتيجه آن محاسبه و اين تلفيق به گفته ويليامز شبيه کارکرد سيناپس‌های مغز است.
به باور او استفاده از ممريستور در کنار ترانزيستور و ارتباط فوتوني باعث خواهد شد قانون مور همچنان در دهه‌های آتی نيز اعتبار داشته باشد.ممريستور (Memristor) تلفيقي از دو واژه Memory (حافظه) و Resistor (مقاومت) است. اين قطعه می‌تواند رويداد قبلي را در خود ثبت کند، يعني که ميتوان از آن يا به عنوان حافظه (مثل حافظه رم) يا به عنوان قطعه ذخيره‌ساز (مثل ديسک‌های مغناطيسی کنونی) استفاده کرد. اما واقعيت اين است که از اين قطعه همزمان فقط برای يکی از اين دو منظور می‌شود استفاده كرد، زيرا ممريستور يک حافظه غير فرار است و وقتي داده‌ای را ثبت می‌کند تا وقتی که آن داده پاک نشود آن‌را فراموش نمی‌کند.فقط کاربران عضو قادر به مشاهده لینک‌ها هستند.
شكل 3- عملکرد ممريستور در وضعيت غيرديجيتال، شبيه عملکرد سيناپس‌ها خواهد بود.
هرچند اين محدوديت در ايفای نقش به عنوان حافظه يا ذخيره‌ساز نيز پيامدهايي را به همراه خواهد داشت، اما به زعم ويليامز همچنان يک عنصر انقلابی محسوب می‌شود. به گفته او اين تنها عنصری است که می‌تواند يک بيت اطلاعاتی را ذخيره کرده يا يک تابع منطقی بولين را محاسبه کند. در نتيجه قادر خواهيد بود به عنوان مثال، تراشه‌ای مجهز به چندين ممريستور داشته باشيد و آن ممريستورها می‌توانند در نقش حافظه بلندمدت، کوتاه مدت يا حتی يک عنصر محاسباتی يعنی گيت منطقی ظاهر شوند و می‌توانيد هر زمان که خواستيد تعيين کنيد که در کدام يک از اين نقش‌ها ظاهر شوند. حتی می‌توانيد يک محاسبه را انجام دهيد، سپس نتيجه آن محاسبه را در همان ممريستوری ذخيره کنيد که محاسبه مذکور را انجام داده‌بود. همان‌طور که او می‌گويد، چنين راهبردی با آنچه که در پردازنده‌های کنوني می‌بينيم، تفاوت دارد.
اما مزيت اصلي ممريستور در عرصه محاسبات چيست؟ ويليامز مزيت آن‌را چنين بازگو می‌کند: «زمان بوت صفر.» يعني ديگر لازم نيست زمان زيادی صرف رفت و آمد داده بين هاردديسک و حافظه رم شود. ويليامز تصور می‌کند که اين به معناي صفر بودن زمان بوت‌شدن برای کاربر است. يعنی به عنوان مثال، خاموش يا روشن کردن کامپيوتر بی‌درنگ انجام خواهد شد.
او می‌افزايد: «می‌توانيد سلسله مراتب کنوني حافظه و ذخيره‌سازی را دگرگون کنيد. ديگر هاردديسک چرخان نخواهيد داشت، ديگر واحد ذخيره‌ساز و حافظه‌تان از هم مجزا نخواهند بود، بلکه در يک سيستم يکسان تلفيق خواهند شد و بالاخره اين‌كه می‌توان چنين چيدماني را در همان تراشه‌ای که محاسبات را انجام می‌دهد، تلفيق کرد.» با توجه به اين‌كه در اين روش می‌توان محاسبات را با استفاده از اجزاي کمتري انجام داد، سخت‌افزارها به انرژي کمتري نياز خواهند داشت.
اين پيشرفت سبب خواهد شد تا باتري‌ها نيز دوام بيشتري داشته باشند و قطعات در اندازه‌های کوچک‌تري ساخته شوند و تمام اين موارد به اين دليل است که وقتي ممريستور را خاموش می‌کنيد آنچه را که ذخيره کرده‌است، فراموش نمی‌کند. به گفته ويليامز حتي می‌توان قطعاتی ساخت که از شارژ دوباره بي‌نياز باشند. بخش قابل‌توجهي از وزن کامپيوترهاي جديد به باتری اختصاص دارد و علاوه بر آن بايد کابل‌ها و مبدل برق آن‌را همراه خود داشته باشيد تا بتوانيد باتری را شارژ کنيد. در نتيجه می‌شود كاري کرد که با استفاده از برق کمتر از قابليت‌های سيستم بيشتر استفاده شود. ويليامز پيش‌بيني می‌کند، اچ‌پی بتواند طي سال آتی درايو‌های کوچکي را که قابل رقابت با حافظه‌های فلش باشند، روانه بازار کند و پس از حدود پنج سال نيز حافظه‌های ممريستوری قابل رقابت با هاردديسک‌های مغناطیسی را عرضه‌کند. او در پيش‌بيني خود می‌افزايد، اندکی پس از آن ممريستور خواهد توانست با حافظه‌های DRAM کنونی نيز به رقابت بپردازد.
به گفته او شايد در يک بازه زماني ده ساله بتوان تراشه‌های ممريستوری توليد کرد که دست‌کم بخشی از اعمال محاسباتی را در سيستم‌ها انجام دهند. ممريستورها به طور کامل جايگزين ترانزيستورها نخواهند شد، زيرا با توجه به غير فعال(Passive) بودن ممريستور، برای انتقال انرژي به درون تراشه‌ها هنوز به ترانزيستورها نياز داريم. با وجود اين، ويليامز سيستم‌های ترکيبي‌ای را پيش‌بيني می‌کند که در طي ده سال آتی هر دو عنصر مذکور در آن‌ها با هم تلفيق شوند.
او همچنين بر اين باور است که نقش اين دو عنصر در سخت‌افزارها از اين هم پررنگ‌تر خواهد شد و شايد به ساخت تراشه‌هایي ترکيبي بيانجامد که همه اعمال محاسباتي و ذخيره‌سازی را در يک قطعه انجام دهند. او می‌گويد، شايد چنين تلفيق بزرگی روي دهد و سلسله مراتب کنونی شامل يک هاردديسک چرخان، تراشه‌های مجزاي حافظه و يک تراشه پردازنده دگرگون شود. اين ساختار می‌تواند چنان تغيير کند که تنها يک قطعه داشته باشيم که در آن ترانزيستورها عهده‌دار ورودی، خروجی و تأمين انرژي باشند و ممريستورها عمليات محاسباتی را انجام دهند. به گفته او در صورت ترکيب مزاياي سيليکون، فوتون و ممريستورها قانون مور همچنان پا بر جا خواهد بود و اين در واقع همان قانون مور است. قانون مور الزاماً به معنای جای دادن ترانزيستورهای بيشتر روي تراشه نيست، بلکه اگر بتوان با برطرف‌کردن موانع موجود بازده همان تعداد ترانزيستور را افزايش داد، اين قانون همچنان اعتبار خواهد داشت. با ترکيبي که گفته شد بدون آن‌که لازم باشد اندازه ترانزيستورها را کوچک‌تر کنيم، قانون مور می‌تواند تا بيست سال آينده پابرجا بماند.
ويليامز بر اين باور است که ممريستورها حتي می‌توانند از اين نيز فراتر روند و محاسبات را به صورت غير ديجيتال نيز انجام دهند و در اين‌صورت عملکرد آن‌ها به عملکرد سيناپس‌های مغز شبيه‌تر خواهد شد. اين باعث خواهد شد تا انجام آن دسته از محاسباتي که براي کامپيوترها دشوار، اما برای مغز آسان است نيز امكان‌پذير شود. از آن جمله ميتوان به تشخيص چهره‌های آشنا اشاره کرد.در اين صورت ساخت کامپيوترهاي غيرديجيتال براي اهداف ويژه‌ای مانند تشخيص چهره بسيار متحمل است. اين کامپيوترها به جاي آن‌که برای انجام يک کار به‌خصوص برنامه‌ريزي شوند، ياد خواهند گرفت که کارهاي مختلف را چگونه انجام دهند. در اين کامپيوترها ممريستور نقش سيناپس را بازي خواهد کرد.
با پيشرفت اين راهبرد محاسباتي ميتوان از کامپيوترهاي ممريستوري براي بررسي تئوري‌های معماری مغز و نيز تقليد از عملکرد مغز استفاده كرد. ويژگي ديگر ممريستورها اين است که ميتوان آن‌ها را در قالب مدارهاي سه‌بعدي روي هم چيد و اين باعث کاهش ابعاد قطعه می‌شود. ويليامز می‌گويد: «ما در آزمايشگاه‌مان ممريستورهاي 3 نانومتري ساخته‌ايم، اما ممريستورها ويژگي ديگري نيز دارند که به آن فناوري لايه نازک يا thin-film گفته می‌شود. از اين رو در ساخت ممريستورها به تک کريستال‌های سيليکونی نيازي نيست و می‌توان لايه‌های زيادی از مدارهاي ممريستوري را روي هم چيد.»
"درصورت تركيب مزاياي سيليكون،فوتون وممريستورقانون مور همچنان پا برجا باقي خواهد ماند."
اگر ممريستورها روي هم چيده شوند، در هر سانتي‌متر مربع و به تبع آن در هر تراشه تعداد بيشتري از آن‌ها را ميتوان جاي داد، زيرا هم بسيار کوچک‌تر از ترانزيستورها هستند و هم اين‌كه نحوه چيدمان آن‌ها به فضای کمتري نياز خواهد داشت. در نتيجه ميتوان در يک تراشه از تعداد بيشتري ممريستور به جاي ترانزيستور بهره برد. در اين‌صورت، شايد اگر بخواهيم از قانون مور سخن بگوييم بايد نه تنها تعداد ترانزيستورها، بلکه مجموع ترانزيستورها و ممريستورهاي يک تراشه را در نظر داشته باشيم. هر نوآوری‌ای که در اين صنعت به کار گرفته شود، در جهت ارتقای سخت‌افزار خواهد بود و در واقع قانون مور نيز به اين معني است که ساخت سخت‌افزارهاي سريع‌تر و پرقدرت‌تر در سال‌های آتی دور از دسترس نيست.
ويليامز می‌گويد: «در چهل سال گذشته کار تقريباً بسيار آسان بود و قطعات الکترونیکی و ماشين‌های محاسباتی‌مان رشدی تصاعدی داشتند، زيرا می‌توانستيم ترانزيستورهای کوچک‌تری بسازيم.» اين فرآيند بسيار ساده و در نتيجه با صرفه بود. اما آن روزها گذشته‌اند و البته جایی برای بيم وجود ندارد، زيرا طي اين سال‌ها به‌ويژه در خلال دهه گذشته ايده‌های بسيار خوبی مطرح شده‌اند که با استفاده از آن‌ها می‌توان جنبه‌های ديگري از محاسبات را بهبود بخشيد. هر يک از دو فناوري ممريستور و نيز ارتباطات فوتونی در جاي خود يک تحول بزرگ به شمار می‌روند، اما اگر اين دو فناوري با هم تلفيق شوند، به راحتي می‌توانند نيازهاي دنياي محاسبات را دست کم برای بيست سال آينده برطرف کنند.
تا حالا از خودتتون سوال کردید که سی پی یو ها تا چه اندازه DIE رو میتونن در خود جاگذاری کنن ؟؟
ترانزیستورها تا چه اندازه میتونن کوچیک بشن؟
تا چه اندازه میتونن حرارت ناشی از تراکم DIE ها رو تحمل کنن؟
(امروز استاد درس VLSI مون من رو وادار به تفکر در این مورد کرد)
جواب این سوالات رو میتونید از مقاله ی زیر که نوشته ی خانم ناتاشا لوماس و ترجمه ی علی حسینی هست پیدا کنید !!
امیدوارم مورد توجه دوستان قرار بگیره .....
توضیحات :
به هر کدام از قسمت های رنگی در عکس یک DIE گفته می شود :
فقط کاربران عضو قادر به مشاهده لینک‌ها هستند.
اگر قانونی را که برای نخستين‌بار گوردون مور مؤسس شرکت اينتل مطرح کرد در نظر بگيريم، ما نيز مانند بسياری ديگر تأييد خواهيم کرد که هم‌اکنون صنعت کامپيوتر در بعد محاسباتی‌اش با نوعی رکود مواجه شده‌است. قانون مور می‌گويد، تعداد ترانزيستورهای يک تراشه در هر بازه زماني دوساله دو برابر می‌شوند و اين قانونی است که دست‌کم از سال 1975 تاکنون اعتبار خود را حفظ كرده است. ترانزيستورهاي سيليکونی رکن اصلی تجهيزات الکترونيکي مدرن به شمار می‌آيند. انجام محاسبات پيچيده در زمانی اندک، مرهون استفاده از ميليون‌ها ترانزيستور است که روي مدارهاي مجتمع به مثابه سوييچ‌های باينری عمل می‌کنند.
ترانزيستورهای اوليه که در سال 1947 توسط آزمايشگاه‌هاي بل اختراع شدند، اجزای الکتریکی منفصلی بودند که قطرشان بيش از يک سانتي‌متر بود. اکنون چندين دهه پس از اين اختراع، اندازه ترانزيستورها کوچک‌تر و کوچک‌تر شده و اين قطعات که زماني به صورت مجزا روي بوردهای الکتریکی جای می‌گرفتند، اکنون به‌طور مستقيم روي ويفرهای سيليکونی ساخته می‌شوند و جزئی يکپارچه از مدار به شمار می‌روند که زيرساخت ديجيتال بر‌اساس آن شکل می‌گيرد.امروزه، شرکت اينتل ريزپردازنده‌هایی توليد می‌کند که دو ميليارد ترانزيستور را در خود جای می‌دهند. عرض هر يک از اين ترانزيستورها 65 نانومتر است و هر نانومتر برابر يک ميلياردم متر. حتي ترانزيستورهایی کوچک‌تر از اين، يعنی با عرض 45 و32 نانومتر نيز ساخته و براي فروش عرضه شده‌اند. اينتل تلاش خود را به اين محدود نکرده و حتی ترانزيستورهاي 22 نانومتری را نيز در خط توليد خود گنجانده‌است و گفته می‌شود در سال‌های آتی اين اندازه باز هم کوچک‌تر خواهد شد.
اما موضوع ديگري نيز وجود دارد که بايد در نظر گرفته شود و آن افزايش دمای ناشی از تراکم فزاينده ترانزيستورها است. پرسش اين است، چگونه می‌توان دمای ناشی از ترانزيستورها را مديريت کرد؟ نياز به انرژی بيشتر براي به کار انداختن تراشه‌ها باعث می‌شود دما نيز بيشتر شود، درنتيجه تراشه‌سازان به دنبال راه‌های جديدي براي غلبه بر گرما هستند، زيرا افزايش بيش از اندازه دما کارکرد تراشه‌ها را مختل می‌کند.کوچک‌تر کردن اندازه ترانزيستورها برای جای دادن تعداد بيشتري از آن‌ها روي تراشه راهبردی‌است که طی چند دهه از آن استفاده شده و نتيجه آن ساخت سخت‌افزارهایی هر چه کوچک‌تر، سريع‌تر و قدرتمندتر بوده‌است. اما آن‌طور که شواهد نشان می‌دهد، قانون مور نمی‌تواند به همين منوال پيش برود، زيرا اين قطعات را در نهايت تا مرز رسيدن به مقياس اتم می‌توان کوچک کرد.
در چند دهه آينده ساخت محصولاتي در مقياس مولکولی امكان‌پذير خواهد شد. در ساختار مذکور ميتوان اتم‌ها را چنان چيد که در نقش ترانزيستور ظاهر شوند؛ ترانزيستورهايي که قطر آن‌ها تنها چند نانومتر خواهد بود. اما حتي در اين صورت نيز زماني خواهد رسيد که کاهش مداوم اندازه‌ها دوباره باعث افت کارايي سيليکون شود و مشکلاتي مانند Electron Tunneling را به همراه داشته باشد (پديده‌ای مکانيکي در کوانتوم که باعث ناپايداری ترانزيستورهاي با عرض کمتر از پنج نانومتر می‌شود). با توجه به اين‌كه ترانزيستورهاي سيليکوني کنوني به همين سمت حركت می‌کنند، به راهکارها و فناوري‌هاي جديدي نياز خواهيم داشت تا از آن‌ها در ساخت سخت‌افزارهاي آينده استفاده كنيم.
ساخت تراشه‌های سه‌بعدي
یکی از ايده‌هایی که می‌تواند قانون مور را بسط دهد، سوار کردن هسته‌های ريزپردازنده روی يکديگر است. با اين کار به جاي آن‌که اندازه خود ترانزيستورها کاهش پيدا کند، تراکم و چگالي آن‌ها بيشتر می‌شود و اين کار به ساخت تراشه‌های سه‌بعدي می‌انجامد. اين تراشه‌های سه‌بعدي که از قرار گرفتن مدارهاي سيليکونی روي هم حاصل می‌شوند، با استفاده از رابط‌های مسی عمودی به هم متصل می‌شوند. اين ساختار اتصال دهنده TSV (سرنام Through-Silicon Vias) نام دارد.
البته استفاده از TSVها چندان هم ساده نيست و مشکلاتي مانند انتشار گرما، کاهش اندازه تراشه و فشار مکانيکي را به دنبال دارد. مضاف بر اين‌كه صنعت کامپيوتر نيز بايد استانداردهاي آن را بپذيرد تا بتوان چنين تراشه‌هایی را طراحي و توليد کرد.اســتن ويليامــز مديــر ســرمايه‌گذاري آزمايشــگاه Information and Quantum Systems وابسته به آزمايشگاه‌های شرکت اچ‌پي درباره دورنمای طرح تراشه‌های سه‌بعدي سيليکونی چندان خوشبين نيست و می‌گويد: «اين طرح مدت‌ها است پي‌گيري می‌شود، اما هنوز به نتيجه نرسيده است.» به عقيده او اين طرح چند دهه است که به عنوان هدف دنياي سيليکون مطرح شده و هنوز به نتيجه چندان مطلوبي نرسيده‌است.
مواد جايگزين
يک راه‌حل ديگر براي بسط قانون مور استفاده از مواد جايگزين در ساخت ترانزيستورها است. به اين معني که به جاي سيليکون از ماده ديگري استفاده شود. گرافين يکي از اين مواد است که از ترکيبات کربن ساخته شده و دانشمندان چندين سال است که مشغول بررسي آن هستند. گفته می‌شود، چنانچه طرح ترانزيستورهاي گرافيني به نتيجه برسد، سرعت ترانزيستورها افزايش خواهد يافت و اين ناشي از ويژگي‌های رسانایی اين ماده است که آن را بر سيليکون برتري می‌دهد.
استفاده از گرافين باعث می‌شود، الکترون‌ها با سرعت بيشتری حرکت كرده و در نتيجه ترانزيستورها نيز با سرعت بسيار بيشتري سوييچ کنند. مزيت ديگر گرافين به اندازه ترانزيستورهای ساخته شده از آن مربوط است. در سال 2008 گروهي از دانشمندان دانشگاه منچستر در نتيجه تحقيقاتشان نشان دادند، ساخت ترانزيستورهای گرافيني با اندازه کمتر از ده نانومتر ممکن است. اين ترانزيستورها برخلاف همتايان سيليکونی خود حتي در مقياس يک نانومتر نيز از رسانايی و پايداری بسيار زيادی برخوردار هستند. در نتيجه ميتوان از گرافين در ساخت ترانزيستورهایی با کمترين اندازه ممکن استفاده كرد.
شرکت آيبيام در اوايل سال 2010 يک پيش‌نمونه از ترانزيستورهاي مبتني بر گرافين را معرفي کرد. اين ترانزيستور سريع‌تر از ترانزيستور سيليکونی در اندازه مشابه خود کار می‌کرد و پيش‌بيني شده بود که جزء کربني آن می‌تواند به‌طور بالقوه تا صد‌گيگاهرتز کارايي داشته باشد و حال آن‌که ترانزيستورهاي سيليکونی با اندازه مشابه حداکثر تا چهل گيگاهرتز کارايي دارند.آی‌بي‌ام بر اين باور است که روش‌هايي که در ساخت اين پيش‌نمونه از آن‌ها استفاده شده با فرآيندهاي کنوني در صنعت نيمه‌رساناها سازگار هستند. چنانچه اين موضوع واقعيت داشته باشد، يکي از بزرگ‌ترين موانع بر سر راه جايگزيني ماده‌ای ديگر به جاي سيليکون برطرف خواهد شد.
با وجود همه اين شرايط، چند سالي زمان لازم است تا گرافين جايگزين سيليکون شود، زيرا صنعت تراشه‌سازي بايد ابزارهاي مورد نياز را براي استفاده هر چه بهتر از اين ماده جديد و بهره‌گيري از آن در مقياس نانومتر ايجاد کند. از جمله چالش‌ها و مشكلاتي كه ترانزيستورهاي گرافيني با آن مواجه هستند ميتوان، توليد صفحه‌هاي گرافيني با كيفيت با استفاده از روش‌هاي پايدار و با صرفه و سازگاري راهكارهاي جديد با فرآيندهاي كنوني توليد در اين صنعت اشاره كرد.
نانوتيوب‌های کربني
تيوب‌های بسيار ريز کربني با عرض حدود چهار نانومتر که به آن‌ها نانوتيوب‌های کربني (CNT) گفته می‌شود، از ديگر مواد جديدي هستند که چند سالي است از آن‌ها استفاده می‌شود. CNTها در دماي معمولي از رسانايي بسيار بالايي برخوردارند و از اين رو مي‌توانند با استفاده از انرژی اندک، در سرعت‌های بسيار بالا کار کنند. در همين زمينه، مدتي است که هم آيبيام و هم اينتل بخشي از فعاليت‌های خود را به استفاده از اين ماده معطوف کرده‌اند. اما براي اين‌كه بتوان اين ماده را جايگزين سيليکون کرد، برخي کارهاي زيربنايي بايد انجام شوند.
از جمله مشکلات استفاده از CNT اين است که چطور بايد هزاران CNT را با دقت بالا در تراشه‌ها چيده و سازماندهي کرد. اما شايد بتوان گفت، بزرگ‌ترين چالش براي هر ماده جايگزين سيليکون اين است: آن ماده سيليکون نيست. با وجود اين که صنعت تراشه‌سازي نسبت به استفاده از گرافين و تيوب‌های کربني تمايل زيادي نشان می‌دهد، اما نمي‌خواهد سيليکون را يک روزه با ماده ديگري جايگزين کند، زيرا تاکنون سرمايه هنگفتي را صرف سيليکون کرده‌است.
فوتون
یکی از راهکارهاي ديگري که محققان را به خود مشغول داشته، جايگزين کردن فوتون به جاي الکترون است، يعني براي انتقال و پردازش داده‌ها، به جاي الکتريسيته از ليزر استفاده شود. ويليامز از شرکت اچ‌پي می‌گويد: «تقريباً کل فرآيند حرکت داده‌ها در سيم‌های مسي و با استفاده از پالس‌های الکتريکي انجام می‌شود. مشکل اين کار اين است که اجزاي الکترونيکي براي حرکت دادن داده‌ها به انرژي زيادي نياز دارند و اين اجزا گرماي بسيار زيادي توليد می‌کنند.» در حال حاضر، انتقال اطلاعات به اين صورت عاملي است که محاسبات را با محدوديت مواجه کرده‌است و به اين دليل مشغول بررسي گزينه‌ای هستيم که به آن ارتباط فوتوني (photonic interconnect) گفته می‌شود و در آن انتقال داده‌ها با استفاده از پالس‌های نوري انجام می‌شود.فقط کاربران عضو قادر به مشاهده لینک‌ها هستند.شكل 1- پيش‌نمونه شرکت اينتل از يک لينک داده سيليکون-فوتونی با پرتوهای يکپارچه ليزری (منبع عکس: اينتل)
با استفاده از محاسبات نوری که نتيجه آن انتقال و پردازش سريع‌تر داده‌ها، کاهش گرماي هدر رفته و شايد ساخت سخت‌افزارهاي کوچک‌تر خواهد بود، چالش‌های مذکور در عرصه سخت‌افزار کامپيوتر برطرف خواهد شد. در برخي از سناريوهاي پيشنهاد شده در اين‌باره حتي شايد در ميزان انرژي مورد نياز نيز صرفه‌جويي شود.البته، همين اكنون نيز برخي شرکت‌ها با استفاده از موادي مانند ژرمانيوم نسبت به ساخت اجزاي محاسباتی نوری مبادرت می‌ورزند، اما تراشه‌سازان هنوز اين اجزا را با صنعت نيمه‌رساناي محبوب خود يعني سيليکون ادغام نکرده‌اند.
اينتل به‌تازگي طی يک طرح آزمايشي يک رابط داده فوتوني سيليکوني را به نمايش گذاشت که با استفاده از پرتوهاي ليزري ايجاد شده‌بود و نشان می‌داد که استفاده از پرتوهاي نور در سيليکون يا به عبارتي ادغام فوتون و سيليکون گزينه‌ای عملي است. اين شرکت اظهار داشته، نرخ انتقال پنجاه گيگابيت داده در ثانيه نقطه آغاز اين فناوري است و پيش‌بيني می‌شود اين سيستم در آينده بتواند از نرخ انتقال يک ترابيت در ثانيه نيز پشتيباني کند.
ماريو پانيسيا سرپرست آزمايشگاه فناوري فوتوني اينتل می‌گويد: «بسيار عالي خواهد شد اگر بتوانيم در نتيجه استفاده همزمان از سيليکون و فوتون از مزاياي هر دو استفاده کنيم. مزيت سيليکون اين است که ميتوان آن را در حجم بالا و با هزينه‌ای اندک توليد کرد. مزاياي ليزر نيز پهناي باند بالا، قابليت آن در برقراری ارتباط در فاصله‌هاي طولانی و عدم وجود نويز در آن است.»
از نظر اينتل در آينده فيبر و فوتون می‌توانند براي انتقال داده‌ها بين تراشه‌ها و قطعات، جايگزين سيم‌های مسي شوند و به تبع آن هم پهناي باند انتقال داده‌ها افزايش خواهد يافت و هم هزينه‌ها کاهش پيدا خواهد کرد. حتي پيکربندي اجزاي داخلي کامپيوتر از جمله حافظه و CPU نيز ممکن است متحول شود. سيم‌هاي مسي داده‌ها را با سرعتي در حدود ده گيگابيت در ثانيه منتقل مي‌کنند و براي افزايش اين ميزان يا بايد طول کابل‌هاي مسی کمتر شود يا بايد از انرژي بيشتري استفاده شود تا سيگنال‌های الکتريکي را با سرعت بيشتري به حرکت درآورد و البته در سخت‌افزارهاي کنوني اجراي هر دو گزينه با مشکلاتي مواجه است.فقط کاربران عضو قادر به مشاهده لینک‌ها هستند.شكل 2- آيا ممريستور شرکت اچ‌پی در کنار مقاومت، خازن و القاکننده، به عنصر چهارم مدارها تبديل خواهد شد؟ (منبع عکس: اچ‌پی)پانيسيا بر اين باور است که با استفاده بيشتر از فوتون، طراحي سخت‌افزارها متحول خواهد شد. ديگر نيازي نخواهد بود تا اجزاي سخت‌افزاری را نزديك به هم قرار دهيم و اين باعث می‌شود تا گرماي ناشي از کارکرد آن‌ها کمتر شده و در نتيجه ضريب خطای قطعات نيز کاهش پيدا کند. به باور او با رسيدن به اين دوره جديد، يعني عصر ارتباطات نوری، طراحي کامپيوترهاي شخصي و سرورها، طراحي ديتاسنترهاي آينده، و نحوه ارسال و دريافت داده‌ها در سيستم‌های آتی کلاود متحول خواهد شد.
ويليامز از شرکت اچ‌پي نيز اظهار می‌دارد که استفاده از فناوري فوتون باعث افزايش سرعت قطعات الکترونيکي و کاهش گرما و نيز کاهش هزينه برق خواهد شد. به گفته او، با استفاده از اين فناوري پهناي باند يا به عبارتی فرکانس انتقال اطلاعات افزايش يافته و زمان انتظار برای دريافت سيگنال کاهش پيدا می‌کند و جالب آن‌که هر دوي اين دستاوردها با استفاده از برق کمتر امكان‌پذير خواهد شد. در نتيجه، هزينه‌ها از جمله هزينه‌های اداره يک مرکز داده کمتر خواهد شد.
اين سؤال به ذهن متبادر مي‌شود که چقدر زمان لازم است تا تجهيزات الکترونيکي فيبری به‌طور انبوه وارد بازار شوند؟ اين زمان آن‌قدرها هم که تصور می‌شود، زياد نخواهد بود. پانيسيا احتمال می‌دهد، ارتباطات سيليکون فوتونی طي سه تا پنج سال آتی عملياتي شوند. به گفته او تمايل زيادی وجود دارد که اين فناوری هرچه زودتر وارد عرصه ارتباطات شود و از اين‌رو پيش‌بيني مي‌شود، در اواسط دهه بعد تجهيزات سيليکون‌فوتوني در پلتفرم اچ‌پي مورد استفاده قرار بگيرند. طبق گفته ويليامز اميد می‌رود که اچ‌پی در دو تا سه سال آينده يک محصول با قابليت ارتباط فوتوني را عرضه کند. اما حتي اگر دورنماي فناوري فوتون نيز برای شما چندان جالب توجه نيست، يک تحول بنيادی ديگر نيز در شرف وقوع است که می‌تواند توجه شما را به خود جلب کند و آن ممريستور است.
ممريستور
فرضيه ساخت ممريستور1 براي نخستين‌بار در سال 1971 و توسط يک مهندس برق و دانشمند علوم کامپيوتر موسوم به لئون چوآ مطرح شد و تا همين دو سال پيش، بيشتر يک نظريه روي کاغذ بود تا يک طرح عملي. اما در سال 2008 ويليامز و گروه او از شرکت اچ‌پی با معرفي نخستين نمونه ممريستور هياهوي بسياري در محافل فناوری به پا کردند.
اما اين هياهو براي چه بود؟ ممريستور در واقع عنصری است در مقياس نانومتر در يک مدار که می‌تواند هم در نقش يک ذخيره‌ساز ظاهر شود و هم در نقش يک گيت منطقي. يعني می‌توان از آن هم برای انجام يک محاسبه استفاده کرد و هم برای ذخيره نتيجه آن محاسبه و اين تلفيق به گفته ويليامز شبيه کارکرد سيناپس‌های مغز است.
به باور او استفاده از ممريستور در کنار ترانزيستور و ارتباط فوتوني باعث خواهد شد قانون مور همچنان در دهه‌های آتی نيز اعتبار داشته باشد.ممريستور (Memristor) تلفيقي از دو واژه Memory (حافظه) و Resistor (مقاومت) است. اين قطعه می‌تواند رويداد قبلي را در خود ثبت کند، يعني که ميتوان از آن يا به عنوان حافظه (مثل حافظه رم) يا به عنوان قطعه ذخيره‌ساز (مثل ديسک‌های مغناطيسی کنونی) استفاده کرد. اما واقعيت اين است که از اين قطعه همزمان فقط برای يکی از اين دو منظور می‌شود استفاده كرد، زيرا ممريستور يک حافظه غير فرار است و وقتي داده‌ای را ثبت می‌کند تا وقتی که آن داده پاک نشود آن‌را فراموش نمی‌کند.فقط کاربران عضو قادر به مشاهده لینک‌ها هستند.
شكل 3- عملکرد ممريستور در وضعيت غيرديجيتال، شبيه عملکرد سيناپس‌ها خواهد بود.
هرچند اين محدوديت در ايفای نقش به عنوان حافظه يا ذخيره‌ساز نيز پيامدهايي را به همراه خواهد داشت، اما به زعم ويليامز همچنان يک عنصر انقلابی محسوب می‌شود. به گفته او اين تنها عنصری است که می‌تواند يک بيت اطلاعاتی را ذخيره کرده يا يک تابع منطقی بولين را محاسبه کند. در نتيجه قادر خواهيد بود به عنوان مثال، تراشه‌ای مجهز به چندين ممريستور داشته باشيد و آن ممريستورها می‌توانند در نقش حافظه بلندمدت، کوتاه مدت يا حتی يک عنصر محاسباتی يعنی گيت منطقی ظاهر شوند و می‌توانيد هر زمان که خواستيد تعيين کنيد که در کدام يک از اين نقش‌ها ظاهر شوند. حتی می‌توانيد يک محاسبه را انجام دهيد، سپس نتيجه آن محاسبه را در همان ممريستوری ذخيره کنيد که محاسبه مذکور را انجام داده‌بود. همان‌طور که او می‌گويد، چنين راهبردی با آنچه که در پردازنده‌های کنوني می‌بينيم، تفاوت دارد.
اما مزيت اصلي ممريستور در عرصه محاسبات چيست؟ ويليامز مزيت آن‌را چنين بازگو می‌کند: «زمان بوت صفر.» يعني ديگر لازم نيست زمان زيادی صرف رفت و آمد داده بين هاردديسک و حافظه رم شود. ويليامز تصور می‌کند که اين به معناي صفر بودن زمان بوت‌شدن برای کاربر است. يعنی به عنوان مثال، خاموش يا روشن کردن کامپيوتر بی‌درنگ انجام خواهد شد.
او می‌افزايد: «می‌توانيد سلسله مراتب کنوني حافظه و ذخيره‌سازی را دگرگون کنيد. ديگر هاردديسک چرخان نخواهيد داشت، ديگر واحد ذخيره‌ساز و حافظه‌تان از هم مجزا نخواهند بود، بلکه در يک سيستم يکسان تلفيق خواهند شد و بالاخره اين‌كه می‌توان چنين چيدماني را در همان تراشه‌ای که محاسبات را انجام می‌دهد، تلفيق کرد.» با توجه به اين‌كه در اين روش می‌توان محاسبات را با استفاده از اجزاي کمتري انجام داد، سخت‌افزارها به انرژي کمتري نياز خواهند داشت.
اين پيشرفت سبب خواهد شد تا باتري‌ها نيز دوام بيشتري داشته باشند و قطعات در اندازه‌های کوچک‌تري ساخته شوند و تمام اين موارد به اين دليل است که وقتي ممريستور را خاموش می‌کنيد آنچه را که ذخيره کرده‌است، فراموش نمی‌کند. به گفته ويليامز حتي می‌توان قطعاتی ساخت که از شارژ دوباره بي‌نياز باشند. بخش قابل‌توجهي از وزن کامپيوترهاي جديد به باتری اختصاص دارد و علاوه بر آن بايد کابل‌ها و مبدل برق آن‌را همراه خود داشته باشيد تا بتوانيد باتری را شارژ کنيد. در نتيجه می‌شود كاري کرد که با استفاده از برق کمتر از قابليت‌های سيستم بيشتر استفاده شود. ويليامز پيش‌بيني می‌کند، اچ‌پی بتواند طي سال آتی درايو‌های کوچکي را که قابل رقابت با حافظه‌های فلش باشند، روانه بازار کند و پس از حدود پنج سال نيز حافظه‌های ممريستوری قابل رقابت با هاردديسک‌های مغناطیسی را عرضه‌کند. او در پيش‌بيني خود می‌افزايد، اندکی پس از آن ممريستور خواهد توانست با حافظه‌های DRAM کنونی نيز به رقابت بپردازد.
به گفته او شايد در يک بازه زماني ده ساله بتوان تراشه‌های ممريستوری توليد کرد که دست‌کم بخشی از اعمال محاسباتی را در سيستم‌ها انجام دهند. ممريستورها به طور کامل جايگزين ترانزيستورها نخواهند شد، زيرا با توجه به غير فعال(Passive) بودن ممريستور، برای انتقال انرژي به درون تراشه‌ها هنوز به ترانزيستورها نياز داريم. با وجود اين، ويليامز سيستم‌های ترکيبي‌ای را پيش‌بيني می‌کند که در طي ده سال آتی هر دو عنصر مذکور در آن‌ها با هم تلفيق شوند.
او همچنين بر اين باور است که نقش اين دو عنصر در سخت‌افزارها از اين هم پررنگ‌تر خواهد شد و شايد به ساخت تراشه‌هایي ترکيبي بيانجامد که همه اعمال محاسباتي و ذخيره‌سازی را در يک قطعه انجام دهند. او می‌گويد، شايد چنين تلفيق بزرگی روي دهد و سلسله مراتب کنونی شامل يک هاردديسک چرخان، تراشه‌های مجزاي حافظه و يک تراشه پردازنده دگرگون شود. اين ساختار می‌تواند چنان تغيير کند که تنها يک قطعه داشته باشيم که در آن ترانزيستورها عهده‌دار ورودی، خروجی و تأمين انرژي باشند و ممريستورها عمليات محاسباتی را انجام دهند. به گفته او در صورت ترکيب مزاياي سيليکون، فوتون و ممريستورها قانون مور همچنان پا بر جا خواهد بود و اين در واقع همان قانون مور است. قانون مور الزاماً به معنای جای دادن ترانزيستورهای بيشتر روي تراشه نيست، بلکه اگر بتوان با برطرف‌کردن موانع موجود بازده همان تعداد ترانزيستور را افزايش داد، اين قانون همچنان اعتبار خواهد داشت. با ترکيبي که گفته شد بدون آن‌که لازم باشد اندازه ترانزيستورها را کوچک‌تر کنيم، قانون مور می‌تواند تا بيست سال آينده پابرجا بماند.
ويليامز بر اين باور است که ممريستورها حتي می‌توانند از اين نيز فراتر روند و محاسبات را به صورت غير ديجيتال نيز انجام دهند و در اين‌صورت عملکرد آن‌ها به عملکرد سيناپس‌های مغز شبيه‌تر خواهد شد. اين باعث خواهد شد تا انجام آن دسته از محاسباتي که براي کامپيوترها دشوار، اما برای مغز آسان است نيز امكان‌پذير شود. از آن جمله ميتوان به تشخيص چهره‌های آشنا اشاره کرد.در اين صورت ساخت کامپيوترهاي غيرديجيتال براي اهداف ويژه‌ای مانند تشخيص چهره بسيار متحمل است. اين کامپيوترها به جاي آن‌که برای انجام يک کار به‌خصوص برنامه‌ريزي شوند، ياد خواهند گرفت که کارهاي مختلف را چگونه انجام دهند. در اين کامپيوترها ممريستور نقش سيناپس را بازي خواهد کرد.
با پيشرفت اين راهبرد محاسباتي ميتوان از کامپيوترهاي ممريستوري براي بررسي تئوري‌های معماری مغز و نيز تقليد از عملکرد مغز استفاده كرد. ويژگي ديگر ممريستورها اين است که ميتوان آن‌ها را در قالب مدارهاي سه‌بعدي روي هم چيد و اين باعث کاهش ابعاد قطعه می‌شود. ويليامز می‌گويد: «ما در آزمايشگاه‌مان ممريستورهاي 3 نانومتري ساخته‌ايم، اما ممريستورها ويژگي ديگري نيز دارند که به آن فناوري لايه نازک يا thin-film گفته می‌شود. از اين رو در ساخت ممريستورها به تک کريستال‌های سيليکونی نيازي نيست و می‌توان لايه‌های زيادی از مدارهاي ممريستوري را روي هم چيد.»
"درصورت تركيب مزاياي سيليكون،فوتون وممريستورقانون مور همچنان پا برجا باقي خواهد ماند."
اگر ممريستورها روي هم چيده شوند، در هر سانتي‌متر مربع و به تبع آن در هر تراشه تعداد بيشتري از آن‌ها را ميتوان جاي داد، زيرا هم بسيار کوچک‌تر از ترانزيستورها هستند و هم اين‌كه نحوه چيدمان آن‌ها به فضای کمتري نياز خواهد داشت. در نتيجه ميتوان در يک تراشه از تعداد بيشتري ممريستور به جاي ترانزيستور بهره برد. در اين‌صورت، شايد اگر بخواهيم از قانون مور سخن بگوييم بايد نه تنها تعداد ترانزيستورها، بلکه مجموع ترانزيستورها و ممريستورهاي يک تراشه را در نظر داشته باشيم. هر نوآوری‌ای که در اين صنعت به کار گرفته شود، در جهت ارتقای سخت‌افزار خواهد بود و در واقع قانون مور نيز به اين معني است که ساخت سخت‌افزارهاي سريع‌تر و پرقدرت‌تر در سال‌های آتی دور از دسترس نيست.
ويليامز می‌گويد: «در چهل سال گذشته کار تقريباً بسيار آسان بود و قطعات الکترونیکی و ماشين‌های محاسباتی‌مان رشدی تصاعدی داشتند، زيرا می‌توانستيم ترانزيستورهای کوچک‌تری بسازيم.» اين فرآيند بسيار ساده و در نتيجه با صرفه بود. اما آن روزها گذشته‌اند و البته جایی برای بيم وجود ندارد، زيرا طي اين سال‌ها به‌ويژه در خلال دهه گذشته ايده‌های بسيار خوبی مطرح شده‌اند که با استفاده از آن‌ها می‌توان جنبه‌های ديگري از محاسبات را بهبود بخشيد. هر يک از دو فناوري ممريستور و نيز ارتباطات فوتونی در جاي خود يک تحول بزرگ به شمار می‌روند، اما اگر اين دو فناوري با هم تلفيق شوند، به راحتي می‌توانند نيازهاي دنياي محاسبات را دست کم برای بيست سال آينده برطرف کنند.