מכשירים מיקרואלקטרוניים הם חלק בלתי נפרד מהחיים המודרניים, עם טרנזיסטורים הליבה שלהם, המאפשרים התקדמות טכנולוגית משמעותית. חוקרים עומדים כעת בפני האתגר של יצירת מיקרו-אלקטרוניקה חדשה שמעבדת נתונים מהר יותר ובת קיימא יותר.
מהי מיקרואלקטרוניקה?
מכשירים מיקרואלקטרוניים – כמו שבבים במחשבים וטלפונים סלולריים – מעבדים ומאחסנים מידע. הם חיוניים לחיינו. הם חיוניים לניהול עסקים, עוזרים לעקוב אחר התפשטות המחלות, אספקת חשמל לבתים דרך רשת החשמל וביצוע מחקר מדעי כדי להילחם באתגרים גדולים כמו משבר האקלים.
אבן הבניין של כל מכשיר מיקרואלקטרוני הוא הטרנזיסטור, שהומצא בשנות הארבעים. טרנזיסטורים יכולים להפעיל ולכבות זרם חשמלי כמעט מיידי. תכונה זו מאפשרת את האפסים והאלה המשמשים להנחות מחשב מה לעשות.
במדע 101: מהי מיקרואלקטרוניקה, מנהלת חטיבת המתמטיקה ומדעי המחשב של המעבדה הלאומית של Argonne, ואלרי טיילור, ומדען החומרים הראשי Yuepeng Zhang דנים ברכיבים האולטרה-קטנים במחשבים, סמארטפונים ועוד הרבה יותר. מיקרואלקטרוניקה חיונית לניהול עסקים, עצירת התפשטות המחלות, אספקת חשמל לבתים דרך רשת החשמל וביצוע מחקרים מדעיים כדי להילחם באתגרים גדולים כמו משבר האקלים.
בגלל טרנזיסטורים קטנים יותר ויותר ושיפורים אחרים, מחשבים שפעם תפסו חדר שלם בבניין מתאימים כעת למחשב נייד או אפילו לשעון חכם. גם העלות ליחידת מחשוב ירדה באופן דרמטי.
עם זאת, בכל מגזרי הכלכלה, קיים צורך דחוף בצורות חדשות באופן קיצוני של מיקרואלקטרוניקה שיכולות לאסוף ולנתח כמויות חסרות תקדים של נתונים מהר יותר מאי פעם. אבל המדע והטכנולוגיה שיאפשרו מיקרו-אלקטרוניקה חדשה כזו לא קיימים. אחד האתגרים הוא שגודל הטרנזיסטורים במחשבי העל של ימינו הצטמצם ממיליונית למיליארדית המטר, והתקרב לגודל של אטומים. בחיפושם אחר שיפורים קיצוניים, על החוקרים לחפש דרכים חלופיות למזעור ופתרונות מעבר לסוגים הנוכחיים של ארכיטקטורת מחשבים.
יחד עם עיבוד נתונים מהיר בהרבה, לחוקרים יש שתי בעיות גדולות לפתור. ראשית, המיקרו-אלקטרוניקה במחשבים, במרכזי נתונים ורשתות צורכת בערך 10% מהחשמל בעולם, ומספר זה הולך וגדל. מחשב על יחיד יכול לדרוש מספיק חשמל כדי להפעיל כמעט 10,000 בתים. שנית, יצירת מיקרו-אלקטרוניקה חדשנית כוללת חומרים רבים ושונים. המחסור בחלקם עלול לגרום לשיבושים בשרשרת האספקה שפוגעים בכלכלה.
הבעיות הללו מטופלות במעבדה הלאומית של משרד האנרגיה של ארגון. חוקרים שוקדים על גישות חדשות למיקרו-אלקטרוניקה וארכיטקטורות מחשוב שהן מהירות יותר וחסכוניות יותר באנרגיה וכוללות פחות חומרים קריטיים. לדוגמה, המעבד היעיל ביותר של מידע הוא המוח האנושי. אז מדענים מחפשים לפתח מיקרו-אלקטרוניקה וארכיטקטורות מחשב המחקות את המוח. כמו כן, מפותחים תהליכי ייצור ידידותיים לסביבה עבור מיקרואלקטרוניקה. ההצלחה תשאיר את ארה"ב בחזית המו"פ של מיקרו-אלקטרוניקה ותחייה מחדש את תעשיית המיקרו-אלקטרוניקה שלנו.
למידע נוסף על מיקרואלקטרוניקה, צפה ברשימת ההשמעה מיקרואלקטרוניקה עבור ה-21רחוב מֵאָה.
קרדיט: Argonne National Laboratory
מהי מיקרואלקטרוניקה?
הטכנולוגיה מאחורי העוצמה של מחשבים, סמארטפונים, מכוניות אוטונומיות ועוד.
רכיבים אלקטרוניים קטנים במיוחד מעבדים מידע בכל המכשירים האלקטרוניים החכמים. ב-1969 הם הנחו את החללית עם שני אסטרונאוטים שנחתו על הירח וחזרו בשלום. כיום הם נוגעים בחיינו בצורת טלפונים סלולריים, מחשבים, טלוויזיות חכמות, מערכות מיקום גלובליות ועוד. מיקרו-אלקטרוניקה חזקה יותר ויותר חיונית להתקדמות במחקר מדעי.
מיקרואלקטרוניקה נכנסה לשלב חדש בין היתר בשל ההתקדמות בתחום הבינה המלאכותית (AI). כבר עושים את דרכם לשוק רכבים בנהיגה עצמית. חומרים מבוססי AI דמויי עור המאבחנים בעיות בריאות אפשריות נמצאים באופק.
אבל המיקרואלקטרוניקה נמצאת בצומת דרכים. ללא טכנולוגיה חדשה באופן קיצוני, האנרגיה הכוללת המוקדשת לכל המיקרואלקטרוניקה תגיע בקרוב לממדים מדהימים.
ארגון מתמודד עם האתגר הזה. המדענים שלנו רודפים אחר מסלולים חדשים לחומרים והתקנים ששוקלים את השימוש במכשירים, מה שמוביל למיקרו אלקטרוניקה חסכונית יותר וידידותית לסביבה עבור 21רחוב מֵאָה.
