न्यूयॉर्क की उस लैब के अंदर जहाँ IBM दुनिया को सात एंगस्ट्रॉम तक सिकोड़ रहा है

हर बार जब आप किसी ऐप को खोलने के लिए स्क्रीन टैप करते हैं, तो सूक्ष्म स्विचों की एक शांत सेना आपके अनुरोध को पूरा करने के लिए सक्रिय हो जाती है। ये स्विच ट्रांजिस्टर हैं, और वे इतने छोटे आकार तक पहुँच गए हैं कि परमाणु ही एकमात्र शेष पैमाना बचे हैं। IBM ने हाल ही में एक कार्यात्मक 0.7 नैनोमीटर चिप का उत्पादन करके इस अदृश्य दुनिया में एक बड़ी सफलता की घोषणा की है। इस पैमाने तक पहुँचने के लिए, कंपनी पारंपरिक फ्लैट डिजाइनों से हटकर एक ऊर्ध्वाधर व्यवस्था की ओर बढ़ी है जिसे 'नैनोस्टैक' कहा जाता है। यह आर्किटेक्चर लगभग 100 बिलियन ट्रांजिस्टर को मानव नाखून से बड़े स्थान में पैक नहीं करता है।

भौतिकी की सीमाओं को मात देने के लिए परमाणुओं की स्टैकिंग

0.7 नैनोमीटर चिप की शुरुआत एक कच्चे सिलिकॉन वेफर से होती है। यह वेफर एक ऐसी प्रक्रिया से गुजरता है जहाँ प्रकाश बिजली के लिए रास्ते बनाता है। नए नैनोस्टैक डिजाइन में, इंजीनियर एक एकल ट्रांजिस्टर बनाने के लिए सिलिकॉन की तीन शीटों को स्टैक करते हैं। प्रत्येक शीट केवल 15 परमाणु मोटी होती है। चिप पर जगह बचाने के लिए ये स्टैक एक-दूसरे के ऊपर बैठते हैं। जगह बचाने से घटकों का उच्च घनत्व संभव हो पाता है। घटकों का उच्च घनत्व हार्डवेयर के भौतिक आकार को बढ़ाए बिना अधिक प्रोसेसिंग शक्ति प्रदान करता है।

ऐतिहासिक रूप से, चिप की प्रगति एक सपाट पथ पर चली है। डिजाइनरों ने उपनगरीय पड़ोस के घरों की तरह ट्रांजिस्टर को अगल-बगल रखा। जैसे-जैसे वे घर छोटे होते गए, उद्योग के पास जमीन खत्म हो गई। IBM का नया दृष्टिकोण गगनचुंबी इमारत बनाने के डिजिटल समकक्ष है। ट्रांजिस्टर को लंबवत रूप से व्यवस्थित करके, कंपनी अपने पिछले 2 नैनोमीटर डिजाइन की तुलना में उसी क्षेत्र में दोगुने हिस्से फिट करती है। 7 एंगस्ट्रॉम (जो 0.7 नैनोमीटर है) का यह संक्रमण पहली बार है जब किसी कंपनी ने एक कार्यात्मक परीक्षण चिप में 1 नैनोमीटर की बाधा को सफलतापूर्वक पार किया है।

100 बिलियन ट्रांजिस्टर चिप की ज्यामिति

हुड के नीचे, नैनोस्टैक आर्किटेक्चर परतों की एक श्रृंखला पर निर्भर करता है जो लगभग पांच नैनोमीटर मोटी होती हैं। नौ नैनोमीटर का अंतर इनमें से प्रत्येक परत को अलग करता है। औसत उपयोगकर्ता के लिए, इन संख्याओं की कल्पना करना कठिन है क्योंकि वे मानव डीएनए के एक स्ट्रैंड से भी छोटे हैं। यदि एक नाखून एक शहर के आकार का होता, तो इनमें से एक ट्रांजिस्टर फुटपाथ पर एक छोटे कंकड़ के आकार का होता।

यह घनत्व कंप्यूटिंग की अगली पीढ़ी के लिए आधारभूत है। माइक्रोचिप्स आधुनिक अर्थव्यवस्था के डिजिटल कच्चे तेल हैं, और उनकी दक्षता यह तय करती है कि हम अपने उपकरणों के साथ कितना कुछ हासिल कर सकते हैं। जब आप एक छोटे से क्षेत्र में 100 बिलियन ट्रांजिस्टर पैक करते हैं, तो बिजली की यात्रा की दूरी कम हो जाती है। कम दूरी का मतलब है कम गर्मी और तेज प्रतिक्रिया समय। वर्टिकल स्टैकिंग की ओर प्रणालीगत बदलाव इस तथ्य की एक व्यावहारिक प्रतिक्रिया है कि हम सिलिकॉन की एक परत कितनी छोटी हो सकती है, इसकी भौतिक सीमाओं तक पहुँच रहे हैं।

बैटरी लाइफ और प्रोसेसिंग स्पीड के बीच चुनाव

IBM का कहना है कि यह नया डिजाइन निर्माताओं को एक विकल्प देता है। वे 50 प्रतिशत अधिक प्रदर्शन या 70 प्रतिशत अधिक ऊर्जा दक्षता प्राप्त करने के लिए अतिरिक्त ट्रांजिस्टर का उपयोग कर सकते हैं। यह एक ऐसा समझौता है जो अगले दशक के लिए उपभोक्ता इलेक्ट्रॉनिक्स को परिभाषित करेगा। व्यावहारिक रूप से कहें तो, दक्षता में 70 प्रतिशत की छलांग का मतलब है कि आपका स्मार्टफोन बिना चार्ज किए चार दिन तक चल सकता है। इसके विपरीत, 50 प्रतिशत प्रदर्शन वृद्धि मोबाइल उपकरणों को उन जटिल कार्यों को संभालने की अनुमति देगी जिनके लिए वर्तमान में डेस्कटॉप कंप्यूटर की आवश्यकता होती है।

अधिकांश उपयोगकर्ताओं के लिए, ऊर्जा दक्षता अधिक ठोस लाभ है। आधुनिक ऐप और AI सुविधाएँ बिजली की अत्यधिक खपत करती हैं। वे अभूतपूर्व दर से बैटरी खत्म करते हैं क्योंकि उन्हें निरंतर गणना की आवश्यकता होती है। एक चिप जो कम बिजली के साथ अधिक काम करती है, कम बैटरी लाइफ की समस्या का एक लचीला समाधान है। यह दक्षता व्यापक स्तर की स्थिरता का मामला भी है। डेटा सेंटर इंटरनेट चलाने के लिए भारी मात्रा में बिजली की खपत करते हैं, और उनकी ऊर्जा जरूरतों में 70 प्रतिशत की कमी का वैश्विक बिजली की मांग पर प्रणालीगत प्रभाव पड़ेगा।

लैब और फैक्ट्री के बीच की दूरी को पाटना

लैब की सफलता को ऐसे उत्पाद में बदलना जिसे आप खरीद सकें, एक धीमी और महंगी प्रक्रिया है। अल्बानी में IBM अनुसंधान केंद्र से उपभोक्ता उपकरण तक का रास्ता कई उद्योग परतों से होकर गुजरता है। सबसे पहले, डिजाइन को एक फाउंड्री में जाना चाहिए। फाउंड्री वे विशाल कारखाने हैं जो सिलिकॉन पर चिप्स प्रिंट करते हैं। IBM के पास ये कारखाने नहीं हैं। इसके बजाय, वे इन डिजाइनों को बाजार में लाने के लिए जापान में Rapidus जैसी कंपनियों के साथ साझेदारी करते हैं।

बड़ी तस्वीर को देखते हुए, इस तकनीक की समयरेखा आशावादी है। IBM बड़े पैमाने पर उत्पादन के लिए पांच साल का अनुमान लगाता है। इसका मतलब है कि हम 2031 के आसपास प्रीमियम लैपटॉप या फोन में 0.7 नैनोमीटर चिप्स देख सकते हैं। हालांकि, उद्योग अभी भी 2 नैनोमीटर प्रक्रिया में महारत हासिल करने के लिए काम कर रहा है। Rapidus की योजना 2027 के अंत में 2 नैनोमीटर उत्पादन शुरू करने की है। 2 नैनोमीटर से 0.7 नैनोमीटर तक जाने के लिए विनिर्माण उपकरणों के पूर्ण ओवरहाल की आवश्यकता होती है। इन पैटर्नों को उकेरने वाली मशीनें 'एक्सट्रीम अल्ट्रावॉयलेट' प्रकाश का उपयोग करती हैं और उनमें से प्रत्येक की लागत करोड़ों डॉलर होती है। ये लागतें अंततः फ्लैगशिप उपकरणों की उच्च कीमतों के रूप में उपभोक्ता तक पहुँचती हैं।

सूक्ष्म सटीकता की उच्च लागत

बाजार के पक्ष में, सब-1 नैनोमीटर चिप्स विकसित करने की लागत कई कंपनियों के लिए एक बाधा बनती जा रही है। केवल कुछ ही खिलाड़ियों के पास इस दौड़ में भाग लेने के लिए पूंजी है। शक्ति का यह संकेंद्रण आपूर्ति श्रृंखला को अधिक अपारदर्शी और कम विकेंद्रीकृत बनाता है। जब दुनिया में केवल एक या दो कारखाने ही सबसे उन्नत सिलिकॉन बना सकते हैं, तो उन साइटों पर कोई भी व्यवधान वैश्विक अर्थव्यवस्था को प्रभावित करता है।

उपभोक्ता के दृष्टिकोण से, इसका मतलब है कि बजट फोन और हाई-एंड फोन के बीच की खाई और चौड़ी होने की संभावना है। प्रीमियम श्रेणी के पास अविश्वसनीय बैटरी लाइफ वाले 7 एंगस्ट्रॉम नैनोस्टैक तक पहुंच होगी। मिड-रेंज मार्केट संभवतः लंबे समय तक पुराने, सस्ते नोड्स पर बना रहेगा। यह तकनीक में एक चक्रीय पैटर्न है, लेकिन सब-1 नैनोमीटर विनिर्माण की अत्यधिक कठिनाई इस विभाजन को अधिक स्थायी बनाती है।

आपके अगले डिवाइस के लिए इसका क्या अर्थ है

रोजमर्रा की जिंदगी में, नैनोस्टैक तकनीक का आगमन पोर्टेबल तकनीक के साथ हमारे इंटरैक्ट करने के तरीके को बदल देगा। हम वर्तमान में एक ऐसे दौर में हैं जहाँ कई बुनियादी कार्यों के लिए हार्डवेयर प्रदर्शन स्थिर हो गया है। तीन साल पहले का स्मार्टफोन आज के स्मार्टफोन के समान ही महसूस होता है। 0.7 नैनोमीटर की सफलता इस ठहराव को तोड़ती है। यह नवाचार के अगले दस वर्षों के लिए एक स्केलेबल मार्ग प्रदान करती है।

औसत उपयोगकर्ता के लिए, "तो क्या?" फिल्टर दो मुख्य निष्कर्ष सुझाता है। पहला, फोन की लंबी लाइफ पाने के लिए बैटरी तकनीक ही एकमात्र तरीका नहीं है। यदि चिप 70 प्रतिशत कम बिजली का उपयोग करती है, तो बैटरी का आकार बदले बिना वह प्रभावी रूप से बड़ी हो जाती है। दूसरा, तकनीक के अत्याधुनिक स्तर पर बने रहने की लागत बढ़ रही है। जैसे-जैसे इंजीनियरिंग अधिक जटिल होती जाती है, अंतिम उत्पाद की कीमत अनुसंधान पर खर्च किए गए अरबों डॉलर को दर्शाती है।

अंततः, IBM की घोषणा एक संकेत है कि सिलिकॉन का युग समाप्त नहीं हुआ है। एक डर था कि हम उप-परमाणु कणों के अराजक व्यवहार का सामना किए बिना 2 नैनोमीटर से छोटे नहीं जा सकते। नैनोस्टैक आर्किटेक्चर उद्योग को आगे बढ़ाने का एक चतुर तरीका है। यह क्षैतिज क्षेत्र की सीमाओं को दरकिनार करने के लिए ऊर्ध्वाधर स्थान का उपयोग करता है। यह विकास सुनिश्चित करता है कि कंप्यूटर निकट भविष्य में और अधिक सक्षम होते रहेंगे।

डिजिटल उपभोक्ता के लिए व्यावहारिक दूरदर्शिता

अगले साल 0.7 नैनोमीटर फोन की प्रतीक्षा करने के बजाय, अपनी वर्तमान डिजिटल आदतों को देखें। उच्च दक्षता की ओर बदलाव एक अनुस्मारक है कि आपकी जेब में सबसे शक्तिशाली उपकरण अदृश्य औद्योगिक यांत्रिकी का परिणाम है। जैसे-जैसे ये चिप्स अधिक शक्तिशाली होते जाते हैं, वे अधिक विशिष्ट भी होते जाते हैं। जब आप अपने अगले डिवाइस की खरीदारी करें, तो रॉ क्लॉक स्पीड के बजाय ऊर्जा दक्षता रेटिंग को प्राथमिकता दें। तकनीक का अगला दशक उन उपकरणों द्वारा जीता जाएगा जो सबसे लंबे समय तक चलते हैं, न कि केवल वे जो सबसे तेज़ गणना करते हैं। Rapidus और Intel के उत्पादन मील के पत्थरों पर नज़र रखें। इन डिजाइनों को लैब से फैक्ट्री फ्लोर तक ले जाने की उनकी क्षमता यह निर्धारित करेगी कि यह सफलता वास्तव में आपके हाथों तक कब पहुँचेगी।

स्रोत:
IBM Newsroom Official Press Release
IBM Research Blog Technical Deep Dive
Rapidus Corporation Manufacturing Roadmap 2027
SemiEngineering Analysis on Angstrom-Era Lithography