TED@Merck KGaA, Darmstadt, Germany
Karl Skjonnemand: The self-assembling computer chips of the future
کارل اسکیانمند: تراشه‌های رایانه‌ای خود نصب در آینده
Filmed:
Readability: 5.8
1,671,400 views
ترانزیستور‌هایی که تلفنی که در جیب شماست را به کار می‌اندازند، بی‌اندازه کوچکند: بیش از ۳٫۰۰۰ عدد از آنها را می‌توانید در عرض یک تار موی انسان قرار دهید. اما اگر بخواهیم تا نو‌آوری‌هایی مانند تشخیص چهره و واقعیت افزوده همچنان ادامه یابند، ما نیازمندیم تا همچنان توان پردازش بیشتری را در تراشه‌های رایانه‌ای قرار دهیم -- در حالی که دیگر جایی برای توسعه نداریم. در این سخنرانی نو اندیشانه، کارل اسکیانمند که از توسعه دهندگان فناوری است راهکاری بسیار متفاوت را برای تولید تراشه‌ها پیشنهاد می‌دهد. اسکیانمند می‌گوید «این می‌تواند طلوع دورانی جدید در تولیدات مولکولی باشد.»
Karl Skjonnemand - Technology developer
As a passionate technology leader, Karl Skjonnemand has a hunger for solutions to advanced technology problems. Full bio
As a passionate technology leader, Karl Skjonnemand has a hunger for solutions to advanced technology problems. Full bio
Double-click the English transcript below to play the video.
00:13
Computers used to be as big as a room.
0
1246
3584
رایانه‌ها قبلاً به بزرگی یک اتاق بودند.
00:16
But now they fit in your pocket,
1
4854
1592
اما حالا در جیبتان جا می‌شوند،
00:18
on your wrist
2
6470
1171
روی مچ دستتان
00:19
and can even be implanted
inside of your body.
inside of your body.
3
7665
3319
و حتی داخل بدنتان پیوند زده می‌شوند.
00:23
How cool is that?
4
11008
1281
این چقدر خوب است؟
00:24
And this has been enabled
by the miniaturization of transistors,
by the miniaturization of transistors,
5
12809
4337
و دلیل آن کوچک سازی ترانزیستورها بوده،
00:29
which are the tiny switches
in the circuits
in the circuits
6
17170
2492
که کلید‌های کوچک در مدارهایی
00:31
at the heart of our computers.
7
19686
1776
در قلب رایانه هستند.
00:34
And it's been achieved
through decades of development
through decades of development
8
22051
3172
و این بدلیل ده‌ها سال توسعه
00:37
and breakthroughs
in science and engineering
in science and engineering
9
25247
2798
و پیشرفت در علم و مهندسی
00:40
and of billions of dollars of investment.
10
28069
2672
و میلیاردها دلار سرمایه گذاری
حاصل شده است.
حاصل شده است.
00:43
But it's given us
vast amounts of computing,
vast amounts of computing,
11
31352
2748
که برای ما مقدار گسترده‌ای از توان پردازش
00:46
huge amounts of memory
12
34124
1805
حجم زیادی از فضای حافظه
00:47
and the digital revolution
that we all experience and enjoy today.
that we all experience and enjoy today.
13
35953
4942
و انقلابی دیجیتال آورده که همه ما امروزه
استفاده می‌کنیم و لذت می‌بریم.
استفاده می‌کنیم و لذت می‌بریم.
00:53
But the bad news is,
14
41665
2768
اما خبر بد این که،
00:56
we're about to hit a digital roadblock,
15
44457
3132
نزدیک است تا به مانعی دیجیتال
در این راه برسیم،
در این راه برسیم،
00:59
as the rate of miniaturization
of transistors is slowing down.
of transistors is slowing down.
16
47613
4350
چون میزان کوچک سازی
ترانزیستورها کندتر می‌شود.
ترانزیستورها کندتر می‌شود.
01:04
And this is happening
at exactly the same time
at exactly the same time
17
52471
2874
و این اتفاق دقیقا وقتی می‌افتد
01:07
as our innovation in software
is continuing relentlessly
is continuing relentlessly
18
55369
3998
که نوآوری‌های ما در نرم‌افزار
01:11
with artificial intelligence and big data.
19
59391
3760
با هوش مصنوعی و
داده‌های کلان بی‌وقفه ادامه دارند.
داده‌های کلان بی‌وقفه ادامه دارند.
01:15
And our devices regularly perform
facial recognition or augment our reality
facial recognition or augment our reality
20
63175
5040
و ابزار‌های ما به شکلی معمول
تشخیص چهره یا واقعیت افزوده انجام می‌دهند
تشخیص چهره یا واقعیت افزوده انجام می‌دهند
01:20
or even drive cars down
our treacherous, chaotic roads.
our treacherous, chaotic roads.
21
68239
4225
و یا حتی خودرو‌های ما را در
جاده‌های نامطمئن و شلوغ می‌رانند.
جاده‌های نامطمئن و شلوغ می‌رانند.
01:24
It's amazing.
22
72959
1207
شگفت‌آور است.
01:26
But if we don't keep up
with the appetite of our software,
with the appetite of our software,
23
74618
4667
اما اگر ما به سلیقه‌مان
در نرم‌افزار ادامه ندهیم،
در نرم‌افزار ادامه ندهیم،
01:31
we could reach a point
in the development of our technology
in the development of our technology
24
79309
3787
به نقطه‌ای در توسعه فناوری خواهیم رسید
01:35
where the things that we could do
with software could, in fact, be limited
with software could, in fact, be limited
25
83120
4210
که کار‌هایی که با نرم‌افزارمان
می‌توانیم انجام دهیم
می‌توانیم انجام دهیم
01:39
by our hardware.
26
87354
1271
به خاطر سخت‌افزار محدود می‌شود.
01:41
We've all experienced the frustration
of an old smartphone or tablet
of an old smartphone or tablet
27
89075
4508
همه ما تجربه‌های ناامید کننده تلفن‌های
هوشمند یا تبلت‌های قدیمی را بیاد داریم
هوشمند یا تبلت‌های قدیمی را بیاد داریم
01:45
grinding slowly to a halt over time
28
93607
3164
که به زحمت و به تدریج
01:48
under the ever-increasing weight
of software updates and new features.
of software updates and new features.
29
96795
3975
زیر فشار بروز‌رسانی‌های نرم‌افزاری
و ویژگی‌های جدید از کار می‌افتادند.
و ویژگی‌های جدید از کار می‌افتادند.
01:52
And it worked just fine
when we bought it not so long ago.
when we bought it not so long ago.
30
100794
3383
در حالیکه وقتی می‌خریدیم‌شان
همین چند وقت پیش بخوبی کار می‌کردند.
همین چند وقت پیش بخوبی کار می‌کردند.
01:56
But the hungry software engineers
have eaten up all the hardware capacity
have eaten up all the hardware capacity
31
104201
4510
اما مهندسان نرم‌افزار پراشتها
تمامی ظرفیت سخت‌افزار را خوردند
تمامی ظرفیت سخت‌افزار را خوردند
02:00
over time.
32
108735
1306
به تدریج.
02:03
The semiconductor industry
is very well aware of this
is very well aware of this
33
111883
3612
صنعت نیمه‌هادی بخوبی
از این موضوع آگاه است
از این موضوع آگاه است
02:07
and is working on
all sorts of creative solutions,
all sorts of creative solutions,
34
115519
3884
و روی راه‌حل‌های خلاقانه زیادی کار می‌کند،
02:11
such as going beyond transistors
to quantum computing
to quantum computing
35
119427
4311
مثلا عبور از ترانزیستورها
به سمت پردازش کوانتومی
به سمت پردازش کوانتومی
02:15
or even working with transistors
in alternative architectures
in alternative architectures
36
123762
4212
یا حتی کار با ترازیستور‌هایی
با معماری متفاوت
با معماری متفاوت
02:19
such as neural networks
37
127998
1603
مثل شبکه‌های عصبی
02:21
to make more robust
and efficient circuits.
and efficient circuits.
38
129625
3013
تا مدارهایی مقاومتر
و کاراتر داشته باشیم.
و کاراتر داشته باشیم.
02:25
But these approaches
will take quite some time,
will take quite some time,
39
133270
3339
اما این راه‌کار‌ها وقت زیادی لازم دارند،
02:28
and we're really looking for a much more
immediate solution to this problem.
immediate solution to this problem.
40
136633
4627
و ما واقعا به دنبال راهکاری سریعتر
برای این مشکل هستیم.
برای این مشکل هستیم.
02:34
The reason why the rate of miniaturization
of transistors is slowing down
of transistors is slowing down
41
142899
4782
دلیل اینکه چرا نرخ کوچک سازی
ترانزیستورها کند شده است
ترانزیستورها کند شده است
02:39
is due to the ever-increasing complexity
of the manufacturing process.
of the manufacturing process.
42
147705
4686
پیچیده شدن هرچه بیشتر فرآیند تولید است.
02:45
The transistor used to be
a big, bulky device,
a big, bulky device,
43
153142
3250
قبلا ترانزیستور یک قطعه بزرگ و پر حجم بود،
02:48
until the invent of the integrated circuit
44
156416
3309
تا زمانی که مدار مجتمع اختراع شد
02:51
based on pure crystalline silicon wafers.
45
159749
2691
بر پایه ویفرهایی از کریستال خالص سیلیکون.
02:54
And after 50 years
of continuous development,
of continuous development,
46
162946
2779
و بعد از ۵۰ سال توسعه مداوم،
02:57
we can now achieve
transistor features dimensions
transistor features dimensions
47
165749
3373
حالا می‌توانیم ترانزیستور‌هایی در ابعاد
03:01
down to 10 nanometers.
48
169146
2529
تا ۱۰ نانومتر داشته باشیم.
03:04
You can fit more than
a billion transistors
a billion transistors
49
172361
2437
که می‌توانید یک میلیارد از آنها را
03:06
in a single square millimeter of silicon.
50
174822
2963
در هر میلیمتر مربع سیلیکون قرار دهید.
03:10
And to put this into perspective:
51
178273
2022
برای نشان دادن این موضوع:
03:12
a human hair is 100 microns across.
52
180319
3826
سطح مقطع موی انسان ۱۰۰ میکرون است.
03:16
A red blood cell,
which is essentially invisible,
which is essentially invisible,
53
184169
2519
یک گلبول قرمز خون،
که اصلا قابل دیدن نیست،
که اصلا قابل دیدن نیست،
03:18
is eight microns across,
54
186712
1599
هشت میکرون عرض دارد،
03:20
and you can place 12 across
the width of a human hair.
the width of a human hair.
55
188335
3400
که می‌توانید ۱۲ عدد از آنها را
در مقطع موی انسان قرار دهید.
در مقطع موی انسان قرار دهید.
03:24
But a transistor, in comparison,
is much smaller,
is much smaller,
56
192467
3100
اما در مقایسه ترانزیستور خیلی کوچکتر است،
03:27
at a tiny fraction of a micron across.
57
195591
3848
با عرضی کمتر از یک میکرون.
03:31
You could place more than 260 transistors
58
199463
3546
می‌توانید ۲۶۰ ترانزیستور را
03:35
across a single red blood cell
59
203033
1978
در امتداد یک گلبول خون قرار دهید
03:37
or more than 3,000 across
the width of a human hair.
the width of a human hair.
60
205035
4464
یا بیش از ۳٫۰۰۰ عدد در عرض تار موی انسان.
03:41
It really is incredible nanotechnology
in your pocket right now.
in your pocket right now.
61
209523
4324
واقعا فناوری نانوی فوق‌العاده‌ای
در جیب شما قرار دارد.
در جیب شما قرار دارد.
03:47
And besides the obvious benefit
62
215204
2188
و در کنار این مزیت مشخص
03:49
of being able to place more,
smaller transistors on a chip,
smaller transistors on a chip,
63
217416
3834
که بتوانیم ترانزیستور‌های بیشتری
روی یک تراشه قرار دهیم،
روی یک تراشه قرار دهیم،
03:53
smaller transistors are faster switches,
64
221984
3492
ترانزیستور‌های کوچکتر
کلید‌های سریعتری هم هستند،
کلید‌های سریعتری هم هستند،
03:58
and smaller transistors are also
more efficient switches.
more efficient switches.
65
226166
4401
و کلید‌های سریعتر بازدهی بیشتری هم دارند.
04:02
So this combination has given us
66
230591
2477
پس این ترکیب برای ما
04:05
lower cost, higher performance
and higher efficiency electronics
and higher efficiency electronics
67
233092
4299
هزینه کمتر، کارایی بالاتر و الکترونیک
با بازدهی بالاتری را فراهم کرده
با بازدهی بالاتری را فراهم کرده
04:09
that we all enjoy today.
68
237415
2063
که امروزه از آن استفاده می‌کنیم.
04:14
To manufacture these integrated circuits,
69
242415
2764
برای تولید این مدارات مجتمع،
04:17
the transistors are built up
layer by layer,
layer by layer,
70
245203
3208
ترانزیستورها لایه به لایه
ساخته می‌شوند،
ساخته می‌شوند،
04:20
on a pure crystalline silicon wafer.
71
248435
2353
روی یک ویفر از کریستال خالص سیلیکون.
04:23
And in an oversimplified sense,
72
251332
2228
و با یک نگاه خیلی ساده شده،
04:25
every tiny feature
of the circuit is projected
of the circuit is projected
73
253584
4281
تمامی مشخصات یک مدار
04:29
onto the surface of the silicon wafer
74
257889
2332
روی سطح ویفر سیلیکونی تابیده می‌شود
04:32
and recorded in a light-sensitive material
75
260245
3679
که توسط یک ماده حساس به نور ثبت می‌شود
04:35
and then etched through
the light-sensitive material
the light-sensitive material
76
263948
2939
و بعد توسط مواد حساس به نور
04:38
to leave the pattern
in the underlying layers.
in the underlying layers.
77
266911
3021
الگو‌های لازم را روی
سطوح پایینی حک می‌کند.
سطوح پایینی حک می‌کند.
04:42
And this process has been
dramatically improved over the years
dramatically improved over the years
78
270612
4084
و این شیوه در طول سالها
به شکل چشمگیری بهبود یافته
به شکل چشمگیری بهبود یافته
04:46
to give the electronics
performance we have today.
performance we have today.
79
274720
2773
تا کارایی موجود در
الکترونیک امروزی را ایجاد کند.
الکترونیک امروزی را ایجاد کند.
04:50
But as the transistor features
get smaller and smaller,
get smaller and smaller,
80
278279
3442
اما همینطور که ویژگی‌های ترانزیستورها
کوچک و کوچکتر می‌شوند،
کوچک و کوچکتر می‌شوند،
04:53
we're really approaching
the physical limitations
the physical limitations
81
281745
3037
ما دیگر به محدودیت‌های فیزیکی
04:56
of this manufacturing technique.
82
284806
1883
در تولید این محصولات نزدیکتر می‌شویم.
05:00
The latest systems
for doing this patterning
for doing this patterning
83
288515
3105
آخرین سیستم‌های تولید این محصولات
05:03
have become so complex
84
291644
2303
چنان پیچیده شده‌اند
05:05
that they reportedly cost
more than 100 million dollars each.
more than 100 million dollars each.
85
293971
4730
که گزارش رسیده که هرکدام
بیش از ۱۰۰ میلیون دلار قیمت دارند.
بیش از ۱۰۰ میلیون دلار قیمت دارند.
05:10
And semiconductor factories
contain dozens of these machines.
contain dozens of these machines.
86
298725
4287
و کارخانه‌های نیمه‌هادی
ده‌ها عدد از اینها را در خود دارند.
ده‌ها عدد از اینها را در خود دارند.
05:15
So people are seriously questioning:
Is this approach long-term viable?
Is this approach long-term viable?
87
303036
4426
حالا خیلی‌ها به طور جدی سوال می‌کنند:
آیا این روش در دراز مدت ممکن است؟
آیا این روش در دراز مدت ممکن است؟
05:20
But we believe we can do
this chip manufacturing
this chip manufacturing
88
308441
3680
ما معتقدیم که این روش
تولید تراشه را می‌شود
تولید تراشه را می‌شود
05:24
in a totally different
and much more cost-effective way
and much more cost-effective way
89
312145
4023
به شیوه‌ای کاملا متفاوت و بسیار اقتصادی
05:28
using molecular engineering
and mimicking nature
and mimicking nature
90
316966
3973
با استفاده از مهندسی مولکولی
و تقلید از طبیعت
و تقلید از طبیعت
05:32
down at the nanoscale dimensions
of our transistors.
of our transistors.
91
320963
3613
و تا ابعاد در حد نانوی
ترانزیستورهایمان انجام داد.
ترانزیستورهایمان انجام داد.
05:37
As I said, the conventional manufacturing
takes every tiny feature of the circuit
takes every tiny feature of the circuit
92
325267
4661
همانطور که گفتم، در شیوه‌های معمول تولید
تمامی مشخصات مدار
تمامی مشخصات مدار
05:41
and projects it onto the silicon.
93
329952
2124
روی سطح سیلیکون تابانده می‌شود.
05:44
But if you look at the structure
of an integrated circuit,
of an integrated circuit,
94
332818
2744
اما اگر به مشخصات مدار مجتمع نگاه کنید،
05:47
the transistor arrays,
95
335586
1974
به آرایه‌های ترانزیستوری،
05:49
many of the features are repeated
millions of times.
millions of times.
96
337584
3629
خیلی از ویژگی‌ها
میلیون‌ها بار تکرار شده‌اند.
میلیون‌ها بار تکرار شده‌اند.
05:53
It's a highly periodic structure.
97
341237
2608
ساختاری بسیار تکراری است.
05:56
So we want to take advantage
of this periodicity
of this periodicity
98
344331
3068
ما می‌خواهیم از این تکراری بودن
05:59
in our alternative
manufacturing technique.
manufacturing technique.
99
347423
2697
در شیوه تولیدی جایگزین‌مان استفاده کنیم.
06:02
We want to use self-assembling materials
100
350144
3435
می‌خواهیم از مواد خود نصب استفاده کنیم
06:05
to naturally form the periodic structures
101
353603
2977
تا به شکلی طبیعی ساختار‌های تکرار شدنی را
06:08
that we need for our transistors.
102
356604
2383
که برای ایجاد ترانزیستورها
نیاز داریم بسازیم.
نیاز داریم بسازیم.
06:12
We do this with the materials,
103
360052
2142
ما این کار را با مواد انجام می‌دهیم،
06:14
then the materials do the hard work
of the fine patterning,
of the fine patterning,
104
362218
3437
پس این مواد هستند که کار سخت
الگوسازی ظریف را انجام می‌دهند،
الگوسازی ظریف را انجام می‌دهند،
06:17
rather than pushing the projection
technology to its limits and beyond.
technology to its limits and beyond.
105
365679
4859
بجای آنکه بخواهیم شیوه چاپ را
تا محدوده‌های آن و فراتر ادامه دهیم.
تا محدوده‌های آن و فراتر ادامه دهیم.
06:23
Self-assembly is seen in nature
in many different places,
in many different places,
106
371909
3899
خود نصبی در خیلی از نقاط
متفاوت طبیعت دیده می‌شود،
متفاوت طبیعت دیده می‌شود،
06:27
from lipid membranes to cell structures,
107
375832
3410
از غشای لیپید تا ساختار‌های سلولی،
06:31
so we do know it can be a robust solution.
108
379266
3055
پس می‌دانیم که می‌تواند
راهکاری مطمئن باشد.
راهکاری مطمئن باشد.
06:34
If it's good enough for nature,
it should be good enough for us.
it should be good enough for us.
109
382345
3561
اگر برای طبیعت مناسب است،
باید برای ما هم خوب باشد.
باید برای ما هم خوب باشد.
06:38
So we want to take this naturally
occurring, robust self-assembly
occurring, robust self-assembly
110
386549
4800
پس ما می‌خواهیم این چیزی که
طبیعی اتفاق می‌افتد، خود نصبی مطمئن را
طبیعی اتفاق می‌افتد، خود نصبی مطمئن را
06:43
and use it for the manufacturing
of our semiconductor technology.
of our semiconductor technology.
111
391373
3965
در تولید فناوری نیمه‌هادی
خودمان استفاده کنیم.
خودمان استفاده کنیم.
06:48
One type of self-assemble material --
112
396929
2615
یک نوع از مواد خود نصب --
06:52
it's called a block co-polymer --
113
400388
2247
که کوپلیمر نام دارند --
06:54
consists of two polymer chains
just a few tens of nanometers in length.
just a few tens of nanometers in length.
114
402659
4783
از دو زنجیره پلیمری تشکیل شده است
که تنها چند ده نانومتر طول دارد.
که تنها چند ده نانومتر طول دارد.
06:59
But these chains hate each other.
115
407466
2051
اما این دو زنجیره از هم متنفرند.
07:01
They repel each other,
116
409541
1484
همدیگر را دفع می‌کنند،
07:03
very much like oil and water
or my teenage son and daughter.
or my teenage son and daughter.
117
411049
3897
خیلی شبیه به روغن و آب
یا دختر و پسر نوجوان من.
یا دختر و پسر نوجوان من.
07:06
(Laughter)
118
414970
1357
(خنده حضار)
07:08
But we cruelly bond them together,
119
416351
2774
اما ما آنها را با بی‌رحمی
به هم متصل می‌کنیم،
به هم متصل می‌کنیم،
07:11
creating an inbuilt
frustration in the system,
frustration in the system,
120
419149
2695
و یک خستگی ذاتی در ساختار قرار می‌دهیم،
07:13
as they try to separate from each other.
121
421868
2206
چون می‌خواهند از هم جدا شوند.
07:16
And in the bulk material,
there are billions of these,
there are billions of these,
122
424716
3285
و در توده‌ای از این ماده، میلیاردها
از اینها وجود دارد،
از اینها وجود دارد،
07:20
and the similar components
try to stick together,
try to stick together,
123
428025
3301
اجزاء مشابه سعی می‌کنند تا به هم بچسبند،
07:23
and the opposing components
try to separate from each other
try to separate from each other
124
431350
2809
و اجزاء متضاد سعی می‌کنند از هم دور شوند
07:26
at the same time.
125
434183
1155
همزمان.
07:27
And this has a built-in frustration,
a tension in the system.
a tension in the system.
126
435362
3754
این یک خستگی درونی در سیستم است،
یک تنش در سیستم.
یک تنش در سیستم.
07:31
So it moves around, it squirms
until a shape is formed.
until a shape is formed.
127
439140
4309
پس در اطرافش حرکت می‌کند،
اینقدر پیچ و تاب می‌خورد تا شکل بگیرد.
اینقدر پیچ و تاب می‌خورد تا شکل بگیرد.
07:36
And the natural self-assembled shape
that is formed is nanoscale,
that is formed is nanoscale,
128
444209
4048
و شکل طبیعی خود نصبی
که در ابعاد نانو ایجاد می‌شود،
که در ابعاد نانو ایجاد می‌شود،
07:40
it's regular, it's periodic,
and it's long range,
and it's long range,
129
448281
3727
منظم، تکراری، و در طول زیاد است،
07:44
which is exactly what we need
for our transistor arrays.
for our transistor arrays.
130
452032
3858
و این دقیقا همان چیزی است که
برای آرایه‌های ترانزیستوری‌مان نیاز داریم.
برای آرایه‌های ترانزیستوری‌مان نیاز داریم.
07:49
So we can use molecular engineering
131
457347
2531
پس می‌توانیم از مهندسی مولکولی
07:51
to design different shapes
of different sizes
of different sizes
132
459902
3064
برای طراحی شکل‌هایی در اندازه‌های مختلف
07:54
and of different periodicities.
133
462990
2063
و تکرار شوندگی‌های متفاوت استفاده کنیم.
07:57
So for example, if we take
a symmetrical molecule,
a symmetrical molecule,
134
465077
2731
برای مثال، اگر یک مولکول
متقارن را در نظر بگیریم،
متقارن را در نظر بگیریم،
07:59
where the two polymer chains
are similar length,
are similar length,
135
467832
3075
که دو زنجیره مولکولی طولی یکسان دارند،
08:02
the natural self-assembled
structure that is formed
structure that is formed
136
470931
2671
ساختار خود نصب طبیعی که شکل می‌گیرد
08:05
is a long, meandering line,
137
473626
2929
خطوطی پرپیچ و خم و طولانی است،
08:08
very much like a fingerprint.
138
476579
1810
خیلی شبیه به اثر انگشت.
08:10
And the width of the fingerprint lines
139
478951
2322
و عرض خطوط اثر انگشت
08:13
and the distance between them
140
481297
2010
و فاصله بین‌شان
08:15
is determined by the lengths
of our polymer chains
of our polymer chains
141
483331
3911
بر مبنای طول زنجیره‌های
پلیمر ما تعیین می‌شود
پلیمر ما تعیین می‌شود
08:19
but also the level of built-in
frustration in the system.
frustration in the system.
142
487266
3294
و همینطور میزان خستگی در سیستم.
08:23
And we can even create
more elaborate structures
more elaborate structures
143
491320
2558
ما حتی می‌توانیم ساختار‌هایی
پیچیده‌تر ایجاد کنیم
پیچیده‌تر ایجاد کنیم
08:27
if we use unsymmetrical molecules,
144
495487
2439
اگر از مولکول‌های نامتقارن استفاده کنیم،
08:30
where one polymer chain
is significantly shorter than the other.
is significantly shorter than the other.
145
498839
4085
اگر یکی از زنجیره‌های پلیمری
از دیگری خیلی کوچکتر باشد.
از دیگری خیلی کوچکتر باشد.
08:35
And the self-assembled structure
that forms in this case
that forms in this case
146
503749
2710
و ساختار خود نصبی
که در این حالت ایجاد می‌شود
که در این حالت ایجاد می‌شود
08:38
is with the shorter chains
forming a tight ball in the middle,
forming a tight ball in the middle,
147
506483
3800
با زنجیره‌های کوچکتر که گلوله‌های
محکمی را در وسط ایجاد می‌کنند،
محکمی را در وسط ایجاد می‌کنند،
08:42
and it's surrounded by the longer,
opposing polymer chains,
opposing polymer chains,
148
510307
3841
که با زنجیره‌های پلیمری
بلند‌تر در مقابل احاطه شده،
بلند‌تر در مقابل احاطه شده،
08:46
forming a natural cylinder.
149
514172
2048
و یک استوانه طبیعی می‌سازند.
08:49
And the size of this cylinder
150
517089
2075
و اندازه این استوانه
08:51
and the distance between
the cylinders, the periodicity,
the cylinders, the periodicity,
151
519188
3415
و فاصله میان استوانه‌ها، تکرار شوندگی،
08:54
is again determined by how long
we make the polymer chains
we make the polymer chains
152
522627
3594
مجددا توسط طول این زنجیره‌ها
08:58
and the level of built-in frustration.
153
526245
2738
و میزان خستگی درونی تعیین می‌شود.
09:01
So in other words, we're using
molecular engineering
molecular engineering
154
529896
3878
پس به عبارت دیگر، ما از مهندسی مولکولی
09:05
to self-assemble nanoscale structures
155
533798
2825
برای ایجاد نانو ساختار‌های
خود نصبی استفاده می‌کنیم
خود نصبی استفاده می‌کنیم
09:08
that can be lines or cylinders
the size and periodicity of our design.
the size and periodicity of our design.
156
536647
4910
که می‌توانند خط یا استوانه به اندازه
تکرار شوندگی که ما طراحی می‌کنیم باشند.
تکرار شوندگی که ما طراحی می‌کنیم باشند.
09:14
We're using chemistry,
chemical engineering,
chemical engineering,
157
542369
3297
ما از شیمی، مهندسی شیمی، استفاده می‌کنیم
09:17
to manufacture the nanoscale features
that we need for our transistors.
that we need for our transistors.
158
545690
4789
تا ویژگی‌های نانویی تولید کنیم
که برای ترانزیستورهایمان می‌خواهیم.
که برای ترانزیستورهایمان می‌خواهیم.
09:25
But the ability
to self-assemble these structures
to self-assemble these structures
159
553611
4049
اما توانایی خود نصبی این ساختار‌ها
09:29
only takes us half of the way,
160
557684
2437
تنها ما را تا نیمه راه می‌برد،
09:32
because we still need
to position these structures
to position these structures
161
560145
2809
چون هنوز باید این ساختار‌ها را
09:34
where we want the transistors
in the integrated circuit.
in the integrated circuit.
162
562978
3550
در جایی که می‌خواهیم ترانزیستورها را
در مدار مجتمع قرار دهیم بگذاریم.
در مدار مجتمع قرار دهیم بگذاریم.
09:39
But we can do this relatively easily
163
567246
2738
به نسبت این کار را می‌شود بسادگی انجام داد
09:42
using wide guide structures that pin down
the self-assembled structures,
the self-assembled structures,
164
570008
6977
به کمک ساختار‌های هادی که ساختار‌های
خود نصب را در جای خود قرار می‌دهند،
خود نصب را در جای خود قرار می‌دهند،
09:49
anchoring them in place
165
577009
1921
و در محل محکمشان می‌کنند
09:50
and forcing the rest
of the self-assembled structures
of the self-assembled structures
166
578954
2847
و مابقی ساختار‌های
خود نصب را وادار می‌کنند
خود نصب را وادار می‌کنند
09:53
to lie parallel,
167
581825
1350
تا به شکل موازی قرار گیرند،
09:55
aligned with our guide structure.
168
583199
2400
مطابق با ساختار هادی ما.
09:58
For example, if we want to make
a fine, 40-nanometer line,
a fine, 40-nanometer line,
169
586510
4639
برای مثال، اگر بخواهیم
یک خط ۴۰ نانومتری ظریف بسازیم،
یک خط ۴۰ نانومتری ظریف بسازیم،
10:03
which is very difficult to manufacture
with conventional projection technology,
with conventional projection technology,
170
591173
4138
که تولیدش توسط روش‌های
معمول چاپ خیلی دشوار است،
معمول چاپ خیلی دشوار است،
10:08
we can manufacture
a 120-nanometer guide structure
a 120-nanometer guide structure
171
596274
4785
می‌توانیم یک ساختار هادی ۱۲۰ نانومتری را
10:13
with normal projection technology,
172
601083
2504
با روش‌های چاپ معمولی بسازیم،
10:15
and this structure will align three
of the 40-nanometer lines in between.
of the 40-nanometer lines in between.
173
603611
6591
و این ساختار سه خط ۴۰ نانومتری را
در میانش هم‌راستا می‌کند.
در میانش هم‌راستا می‌کند.
10:22
So the materials are doing
the most difficult fine patterning.
the most difficult fine patterning.
174
610226
4769
پس مواد سخت‌ترین الگوسازی را
خودشان انجام می‌دهند.
خودشان انجام می‌دهند.
10:27
And we call this whole approach
"directed self-assembly."
"directed self-assembly."
175
615790
3907
و ما این راهکار کامل را
«خود نصبی مستقیم» نامیده‌ایم.
«خود نصبی مستقیم» نامیده‌ایم.
10:33
The challenge with directed self-assembly
176
621586
2754
چالش خود نصبی مستقیم
10:36
is that the whole system
needs to align almost perfectly,
needs to align almost perfectly,
177
624364
4476
این است که تمام ساختار
باید تقریبا بدون اشکال هم‌راستا شود،
باید تقریبا بدون اشکال هم‌راستا شود،
10:40
because any tiny defect in the structure
could cause a transistor failure.
could cause a transistor failure.
178
628864
5281
چون هر خطای کوچکی در ساختار
می‌تواند باعث ایراد در یک ترانزیستور شود.
می‌تواند باعث ایراد در یک ترانزیستور شود.
10:46
And because there are billions
of transistors in our circuit,
of transistors in our circuit,
179
634169
2969
و چون میلیاردها ترانزیستور
در مدار ما هستند،
در مدار ما هستند،
10:49
we need an almost
molecularly perfect system.
molecularly perfect system.
180
637162
3228
به یک ساختار مولکولی بی‌عیب نیازمند هستیم.
10:52
But we're going to extraordinary measures
181
640977
2005
و به سمت معیار‌هایی غیر عادی
برای دستیابی به این خواهیم رفت،
10:55
to achieve this,
182
643006
1167
از میزان تمیزی در شیمی
10:56
from the cleanliness of our chemistry
183
644197
2992
10:59
to the careful processing
of these materials
of these materials
184
647213
2326
تا پردازش دقیق این مواد
11:01
in the semiconductor factory
185
649563
1571
در کارخانه نیمه‌هادی
11:03
to remove even the smallest
nanoscopic defects.
nanoscopic defects.
186
651158
4572
تا حذف حتی کوچکترین
ایراد در اندازه‌های نانو.
ایراد در اندازه‌های نانو.
11:09
So directed self-assembly
is an exciting new disruptive technology,
is an exciting new disruptive technology,
187
657311
5190
پس خود نصبی مستقیم یک فناوری
متحول کننده جدید و هیجان انگیز است،
متحول کننده جدید و هیجان انگیز است،
11:14
but it is still in the development stage.
188
662525
2569
که هنوز در مرحله توسعه قرار دارد.
11:17
But we're growing in confidence
that we could, in fact, introduce it
that we could, in fact, introduce it
189
665680
3861
اما به تدریج مطمئن می‌شویم که می‌توانیم،
در واقع، عرضه‌اش کنیم
در واقع، عرضه‌اش کنیم
11:21
to the semiconductor industry
190
669565
1687
به صنعت نیمه‌هادی
11:23
as a revolutionary new
manufacturing process
manufacturing process
191
671276
2957
به عنوان یک فرایند تولیدی انقلابی جدید
11:26
in just the next few years.
192
674257
2067
تنها ظرف چند سال آینده.
11:29
And if we can do this,
if we're successful,
if we're successful,
193
677014
3034
و اگر بتوانیم این کار را انجام دهیم،
اگر موفق شویم،
اگر موفق شویم،
11:32
we'll be able to continue
194
680072
1531
خواهیم توانست
11:33
with the cost-effective
miniaturization of transistors,
miniaturization of transistors,
195
681627
3258
کوچکتر کردن ترانزیستورها را
به شکلی اقتصادی ادامه دهیم،
به شکلی اقتصادی ادامه دهیم،
11:36
continue with the spectacular
expansion of computing
expansion of computing
196
684909
3753
توسعه جذاب رایانه‌ها
11:40
and the digital revolution.
197
688686
1882
و انقلاب دیجیتال را ادامه دهیم.
11:42
And what's more, this could even
be the dawn of a new era
be the dawn of a new era
198
690592
3545
و حتی بیشتر از آن، این می‌تواند
ما را به دوران جدیدی
ما را به دوران جدیدی
11:46
of molecular manufacturing.
199
694161
2231
از تولیدات مولکولی وارد کند.
11:48
How cool is that?
200
696416
1531
چقدر جالب می‌تواند باشد؟
11:50
Thank you.
201
698519
1158
متشکرم.
11:51
(Applause)
202
699701
4209
(تشویق حضار)
ABOUT THE SPEAKER
Karl Skjonnemand - Technology developerAs a passionate technology leader, Karl Skjonnemand has a hunger for solutions to advanced technology problems.
Why you should listen
Karl Skjonnemand has launched several new products and built new business in different industries with novel materials. He currently leads a diverse group of R&D teams working on innovative materials for semiconductor applications.
Skjonnemand grew up overseas then returned home to the UK where he studied physics followed by a PhD in molecular electronics. Since 1999, he's worked in industrial research and development in Taiwan, Japan, USA and the UK. He's a strong believer that thought diversity within R&D creates a powerhouse for innovation.
Karl Skjonnemand | Speaker | TED.com