মাইক্রোচিপগুলির মৌলিক পুনর্বিবেচনার জন্য একটি বিবর্ণ মুরের আইন: কম্পিউটার P4 এর ভবিষ্যত

কম্পিউটার—এগুলো এক ধরনের বড় ব্যাপার। কিন্তু আমাদের ফিউচার অফ কম্পিউটার সিরিজে আমরা এখন পর্যন্ত যে উদীয়মান প্রবণতাগুলির ইঙ্গিত দিয়েছি তা সত্যিই উপলব্ধি করার জন্য, আমাদেরকে গণনাগত পাইপলাইন বা সহজভাবে: মাইক্রোচিপগুলির ভবিষ্যতকেও বুঝতে হবে।

মূল বিষয়গুলিকে বের করে আনার জন্য, আমাদের মুরের আইন বুঝতে হবে, বর্তমানে বিখ্যাত আইন ড. গর্ডন ই. মুর 1965 সালে প্রতিষ্ঠিত হয়েছিল৷ মূলত, সেই সমস্ত দশক আগে মুর যা উপলব্ধি করেছিলেন তা হল একটি সমন্বিত সার্কিটে ট্রানজিস্টরের সংখ্যা দ্বিগুণ হয়৷ প্রতি 18 থেকে 24 মাস। এই কারণেই আজ আপনি যে কম্পিউটারটি $1,000-এ কিনছেন সেটির দাম এখন থেকে দুই বছর পর আপনার $500 হবে।

পঞ্চাশ বছরেরও বেশি সময় ধরে, সেমিকন্ডাক্টর শিল্প এই আইনের যৌগিক প্রবণতা অনুসারে বেঁচে আছে, নতুন অপারেটিং সিস্টেম, ভিডিও গেমস, ভিডিও স্ট্রিমিং, মোবাইল অ্যাপস এবং অন্যান্য ডিজিটাল প্রযুক্তি যা আমাদের আধুনিক সংস্কৃতিকে সংজ্ঞায়িত করেছে তার পথ প্রশস্ত করেছে৷ কিন্তু যদিও এই বৃদ্ধির চাহিদা দেখা যাচ্ছে যে এটি আরও অর্ধ শতাব্দীর জন্য স্থির থাকবে, সিলিকন-যে সমস্ত আধুনিক মাইক্রোচিপগুলি দিয়ে তৈরি করা হয়েছে-সেটা মনে হচ্ছে না যে এটি 2021-এর দীর্ঘ সময়ের জন্য সেই চাহিদা পূরণ করবে- থেকে শেষ রিপোর্ট সেমিকন্ডাক্টরদের জন্য আন্তর্জাতিক প্রযুক্তি রোডম্যাপ (ITRS)

এটা সত্যিই পদার্থবিদ্যা: সেমিকন্ডাক্টর শিল্প ট্রানজিস্টরকে পারমাণবিক স্কেলে সঙ্কুচিত করছে, একটি স্কেল সিলিকন শীঘ্রই এর জন্য অযোগ্য হবে। এবং এই শিল্পটি যত বেশি তার সর্বোত্তম সীমা অতিক্রম করে সিলিকনকে সঙ্কুচিত করার চেষ্টা করবে, প্রতিটি মাইক্রোচিপ বিবর্তন তত বেশি ব্যয়বহুল হয়ে উঠবে।

এই যেখানে আমরা আজ করছি. কয়েক বছরের মধ্যে, পরবর্তী প্রজন্মের অত্যাধুনিক মাইক্রোচিপ তৈরির জন্য সিলিকন আর খরচ-কার্যকর উপাদান হবে না। এই সীমাটি সেমিকন্ডাক্টর শিল্পকে (এবং সমাজ) কয়েকটি বিকল্পের মধ্যে বেছে নিতে বাধ্য করে ইলেকট্রনিক্সে একটি বিপ্লব ঘটাবে:

• প্রথম বিকল্পটি হল সিলিকনকে আরও ছোট করার জন্য ব্যয়বহুল বিকাশ ধীর বা শেষ করা, মাইক্রোচিপ ডিজাইন করার অভিনব উপায় খুঁজে বের করার পক্ষে যা অতিরিক্ত ক্ষুদ্রকরণ ছাড়াই আরও প্রক্রিয়াকরণ শক্তি তৈরি করে।

• দ্বিতীয়ত, নতুন উপকরণগুলি খুঁজুন যা সিলিকনের চেয়ে অনেক ছোট স্কেলে ব্যবহার করা যেতে পারে যাতে আরও বেশি সংখ্যক ট্রানজিস্টর এমনকি ঘন মাইক্রোচিপগুলিতে স্টাফ করা যায়।

• তৃতীয়ত, ক্ষুদ্রকরণ বা পাওয়ার ব্যবহারের উন্নতিতে ফোকাস করার পরিবর্তে, নির্দিষ্ট ব্যবহারের ক্ষেত্রে বিশেষায়িত প্রসেসর তৈরির মাধ্যমে প্রক্রিয়াকরণের গতির উপর পুনরায় ফোকাস করুন। এর অর্থ হতে পারে একটি সাধারণ চিপ থাকার পরিবর্তে, ভবিষ্যতের কম্পিউটারগুলিতে বিশেষজ্ঞ চিপগুলির একটি ক্লাস্টার থাকতে পারে। উদাহরণগুলির মধ্যে রয়েছে ভিডিও গেমগুলি উন্নত করতে ব্যবহৃত গ্রাফিক্স চিপগুলি৷ Google এর ভূমিকা টেনসর প্রসেসিং ইউনিট (TPU) চিপ যা মেশিন লার্নিং অ্যাপ্লিকেশনগুলিতে বিশেষজ্ঞ।

• অবশেষে, নতুন সফ্টওয়্যার এবং ক্লাউড অবকাঠামো ডিজাইন করুন যা ঘন/ছোট মাইক্রোচিপ ছাড়াই দ্রুত এবং আরও দক্ষতার সাথে কাজ করতে পারে।

আমাদের প্রযুক্তি শিল্প কোন বিকল্পটি বেছে নেবে? বাস্তবিকভাবে: তাদের সব।

মুরের আইনের জীবনরেখা

নিম্নোক্ত তালিকাটি সেমিকন্ডাক্টর শিল্পের মধ্যে নিকটবর্তী এবং দীর্ঘমেয়াদী উদ্ভাবনের প্রতিযোগীদের একটি সংক্ষিপ্ত ঝলক যা মুরের আইনকে বাঁচিয়ে রাখতে ব্যবহার করবে। এই অংশটি কিছুটা ঘন, তবে আমরা এটি পাঠযোগ্য রাখার চেষ্টা করব।

Nanomaterials. ইন্টেলের মতো নেতৃস্থানীয় সেমিকন্ডাক্টর সংস্থাগুলি ইতিমধ্যে ঘোষণা করেছে যে তারা করবে সিলিকন ড্রপ একবার তারা সাত ন্যানোমিটার (7nm) এর ক্ষুদ্রায়তন স্কেলে পৌঁছায়। সিলিকন প্রতিস্থাপনের প্রার্থীদের মধ্যে রয়েছে ইন্ডিয়াম অ্যান্টিমোনাইড (InSb), ইন্ডিয়াম গ্যালিয়াম আর্সেনাইড (InGaAs), এবং সিলিকন-জারমানিয়াম (SiGe) কিন্তু যে উপাদানটি সবচেয়ে বেশি উত্তেজনা পাচ্ছে তা কার্বন ন্যানোটিউব বলে মনে হচ্ছে। গ্রাফাইট থেকে তৈরি - নিজেই বিস্ময়কর উপাদানের একটি যৌগিক স্ট্যাক, গ্রাফিন - কার্বন ন্যানোটিউবগুলিকে পরমাণু পুরু করা যেতে পারে, অত্যন্ত পরিবাহী এবং 2020 সালের মধ্যে ভবিষ্যতের মাইক্রোচিপগুলি পাঁচগুণ দ্রুততর করতে অনুমান করা হয়৷

অপটিক্যাল কম্পিউটিং. চিপ ডিজাইন করার জন্য সবচেয়ে বড় চ্যালেঞ্জগুলির মধ্যে একটি হল নিশ্চিত করা যে ইলেক্ট্রনগুলি একটি ট্রানজিস্টর থেকে অন্য ট্রানজিস্টরে চলে না যায় - একটি বিবেচনা যা আপনি পারমাণবিক স্তরে প্রবেশ করার পরে অসীম কঠিন হয়ে যায়। অপটিক্যাল কম্পিউটিং এর উদীয়মান প্রযুক্তি ইলেকট্রনকে ফোটন দিয়ে প্রতিস্থাপন করতে দেখায়, যার ফলে আলো (বিদ্যুৎ নয়) ট্রানজিস্টর থেকে ট্রানজিস্টরে চলে যায়। 2017 ইন, গবেষকরা একটি কম্পিউটার চিপে শব্দ তরঙ্গ হিসাবে আলো-ভিত্তিক তথ্য (ফটোন) সঞ্চয় করার ক্ষমতা প্রদর্শন করে এই লক্ষ্যের দিকে একটি বিশাল পদক্ষেপ নিয়েছিলেন। এই পদ্ধতি ব্যবহার করে, মাইক্রোচিপগুলি 2025 সালের মধ্যে আলোর গতির কাছাকাছি কাজ করতে পারে।

স্পিনট্রনিক্স. উন্নয়নের দুই দশকেরও বেশি সময় ধরে, স্পিনট্রনিক ট্রানজিস্টর তথ্য উপস্থাপনের জন্য তার চার্জের পরিবর্তে একটি ইলেক্ট্রনের 'স্পিন' ব্যবহার করার চেষ্টা করে। বাণিজ্যিকীকরণ থেকে এখনও অনেক দূরে, সমাধান করা হলে, ট্রানজিস্টরের এই রূপটি পরিচালনার জন্য শুধুমাত্র 10-20 মিলিভোল্টের প্রয়োজন হবে, যা প্রচলিত ট্রানজিস্টরের চেয়ে শতগুণ ছোট; এটি অর্ধপরিবাহী সংস্থাগুলিকে আরও ছোট চিপ তৈরি করার সময় অতিরিক্ত গরম করার সমস্যাগুলিও দূর করবে।

নিউরোমরফিক কম্পিউটিং এবং মেমরিস্টরস. এই লুমিং প্রসেসিং সঙ্কট সমাধানের আরেকটি অভিনব পন্থা মানুষের মস্তিষ্কে রয়েছে। IBM এবং DARPA-এর গবেষকরা, বিশেষ করে, একটি নতুন ধরনের মাইক্রোচিপ-এর উন্নয়নে নেতৃত্ব দিচ্ছেন - একটি চিপ যার সমন্বিত সার্কিটগুলি কম্পিউটিংয়ে মস্তিষ্কের আরও বিকেন্দ্রীকৃত এবং নন-লিনিয়ার পদ্ধতির অনুকরণ করার জন্য ডিজাইন করা হয়েছে৷ (এটা পরীক্ষা করো বিজ্ঞান ব্লগ নিবন্ধ মানুষের মস্তিষ্ক এবং কম্পিউটারের মধ্যে পার্থক্য আরও ভালভাবে বোঝার জন্য।) প্রাথমিক ফলাফলগুলি ইঙ্গিত দেয় যে মস্তিষ্কের অনুকরণকারী চিপগুলি কেবল উল্লেখযোগ্যভাবে বেশি দক্ষ নয়, তারা বর্তমান দিনের মাইক্রোচিপগুলির তুলনায় অবিশ্বাস্যভাবে কম ওয়াটেজ ব্যবহার করে কাজ করে।

এই একই মস্তিষ্কের মডেলিং পদ্ধতি ব্যবহার করে, ট্রানজিস্টর নিজেই, আপনার কম্পিউটারের মাইক্রোচিপের প্রবাদপ্রতিম বিল্ডিং ব্লক, শীঘ্রই মেমরিস্টর দ্বারা প্রতিস্থাপিত হতে পারে। "আয়নিক্স" যুগের সূচনা করে, একটি মেমরিস্টর ঐতিহ্যগত ট্রানজিস্টরের তুলনায় বেশ কয়েকটি আকর্ষণীয় সুবিধা প্রদান করে:

• প্রথমত, মেমরিস্টররা তাদের মধ্য দিয়ে যাওয়া ইলেক্ট্রন প্রবাহকে মনে রাখতে পারে-এমনকি বিদ্যুৎ কেটে গেলেও। অনুবাদিত, এর মানে হল একদিন আপনি আপনার লাইট বাল্বের মতো একই গতিতে আপনার কম্পিউটার চালু করতে পারবেন।

• ট্রানজিস্টর বাইনারি, হয় 1s বা 0s। এদিকে, মেমরিস্টরদের এই চরমগুলির মধ্যে বিভিন্ন অবস্থা থাকতে পারে, যেমন 0.25, 0.5, 0.747, ইত্যাদি সম্ভাবনা

• এর পরে, মেমরিস্টরদের কাজ করার জন্য সিলিকনের প্রয়োজন হয় না, মাইক্রোচিপগুলিকে আরও ছোট করার জন্য নতুন উপকরণ ব্যবহার করে পরীক্ষা করার জন্য সেমিকন্ডাক্টর শিল্পের পথ খুলে দেয় (যেমন পূর্বে বর্ণিত হয়েছে)।

• অবশেষে, নিউরোমরফিক কম্পিউটিং-এ IBM এবং DARPA দ্বারা করা ফলাফলের অনুরূপ, মেমরিস্টরগুলির উপর ভিত্তি করে মাইক্রোচিপগুলি দ্রুত, কম শক্তি ব্যবহার করে এবং বর্তমানে বাজারে থাকা চিপগুলির তুলনায় উচ্চতর তথ্য ঘনত্ব ধারণ করতে পারে৷

3D চিপস. প্রথাগত মাইক্রোচিপ এবং ট্রানজিস্টর যা তাদের শক্তি দেয় একটি সমতল, দ্বি-মাত্রিক সমতলে কাজ করে, কিন্তু 2010 এর দশকের গোড়ার দিকে, সেমিকন্ডাক্টর কোম্পানিগুলি তাদের চিপগুলিতে একটি তৃতীয় মাত্রা যোগ করার জন্য পরীক্ষা শুরু করে। 'ফিনএফইটি' নামে পরিচিত, এই নতুন ট্রানজিস্টরগুলির একটি চ্যানেল রয়েছে যা চিপের পৃষ্ঠ থেকে আটকে থাকে, যা তাদের চ্যানেলে যা ঘটে তার উপর তাদের আরও ভাল নিয়ন্ত্রণ দেয়, তাদের প্রায় 40 শতাংশ দ্রুত চালানোর অনুমতি দেয় এবং অর্ধেক শক্তি ব্যবহার করে কাজ করে। নেতিবাচক দিক হল, এই চিপগুলি এই মুহুর্তে উত্পাদন করা উল্লেখযোগ্যভাবে আরও কঠিন (ব্যয়বহুল)।

তবে পৃথক ট্রানজিস্টরগুলিকে নতুন করে ডিজাইন করার বাইরে, ভবিষ্যতে 3D চিপস এছাড়াও উল্লম্বভাবে স্ট্যাক করা স্তরগুলিতে কম্পিউটিং এবং ডেটা স্টোরেজ একত্রিত করার লক্ষ্য। এই মুহুর্তে, ঐতিহ্যবাহী কম্পিউটারগুলি তাদের প্রসেসর থেকে সেন্টিমিটার মেমরি স্টিক করে। কিন্তু মেমরি এবং প্রক্রিয়াকরণের উপাদানগুলিকে একীভূত করার মাধ্যমে, এই দূরত্ব সেন্টিমিটার থেকে মাইক্রোমিটারে নেমে আসে, যা প্রক্রিয়াকরণের গতি এবং শক্তি খরচে একটি বিশাল উন্নতি সক্ষম করে।

কোয়ান্টাম কম্পিউটিং. ভবিষ্যতের দিকে তাকালে, এন্টারপ্রাইজ স্তরের কম্পিউটিং এর একটি বড় অংশ কোয়ান্টাম পদার্থবিজ্ঞানের অদ্ভুত আইনের অধীনে কাজ করতে পারে। যাইহোক, এই ধরণের কম্পিউটিং এর গুরুত্বের কারণে, আমরা এই সিরিজের একেবারে শেষে এটির নিজস্ব অধ্যায় দিয়েছি।

সুপার মাইক্রোচিপ ভালো ব্যবসা নয়

ঠিক আছে, তাই আপনি উপরে যা পড়েছেন তা সবই ভাল এবং ভাল—আমরা আলোর গতিতে চলতে পারে এমন মানব মস্তিষ্কের অনুকরণে তৈরি করা অতি শক্তি-দক্ষ মাইক্রোচিপগুলির কথা বলছি—কিন্তু বিষয় হল, সেমিকন্ডাক্টর চিপ তৈরির শিল্প নয় এই ধারণাগুলিকে একটি গণ-উত্পাদিত বাস্তবে পরিণত করতে অত্যধিক আগ্রহী।

ইন্টেল, স্যামসাং এবং এএমডির মতো টেক জায়ান্টরা ঐতিহ্যগত, সিলিকন-ভিত্তিক মাইক্রোচিপ তৈরি করতে কয়েক দশক ধরে বিলিয়ন ডলার বিনিয়োগ করেছে। উপরে উল্লিখিত যে কোনো অভিনব ধারণায় স্থানান্তরিত হওয়ার অর্থ হল সেই বিনিয়োগগুলি বাতিল করা এবং নতুন কারখানা তৈরির জন্য আরও বিলিয়ন বিলিয়ন ব্যয় করা নতুন মাইক্রোচিপ মডেলগুলি তৈরি করতে যার বিক্রয় ট্র্যাক রেকর্ড শূন্য।

এই সেমিকন্ডাক্টর কোম্পানিগুলোকে আটকে রাখা শুধু সময় এবং অর্থ বিনিয়োগ নয়। আরও শক্তিশালী মাইক্রোচিপগুলির জন্য ভোক্তাদের চাহিদাও হ্রাস পাচ্ছে। এটি সম্পর্কে চিন্তা করুন: 90 এবং 00-এর দশকের বেশিরভাগ সময়, এটি প্রায় দেওয়া হয়েছিল যে আপনি আপনার কম্পিউটার বা ফোনে ব্যবসা করবেন, যদি প্রতি বছর না হয়, তবে প্রতি বছর। এটি আপনাকে সমস্ত নতুন সফ্টওয়্যার এবং অ্যাপ্লিকেশানগুলির সাথে তাল মিলিয়ে চলতে দেবে যা আপনার বাড়ি এবং কাজের জীবনকে আরও সহজ এবং উন্নত করার জন্য বেরিয়ে আসছে৷ আজকাল, আপনি কত ঘন ঘন বাজারে সর্বশেষ ডেস্কটপ বা ল্যাপটপ মডেল আপগ্রেড করবেন?

আপনি যখন আপনার স্মার্টফোনের কথা ভাবেন, তখন আপনার পকেটে থাকে যা 20 বছর আগে একটি সুপার কম্পিউটার হিসাবে বিবেচিত হত। ব্যাটারি লাইফ এবং মেমরি সম্পর্কে অভিযোগ ছাড়াও, 2016 সাল থেকে কেনা বেশিরভাগ ফোন যে কোনও অ্যাপ বা মোবাইল গেম চালাতে, কোনও মিউজিক ভিডিও স্ট্রিম করতে বা আপনার SO-এর সাথে দুষ্টু ফেসটাইমিং সেশন বা অন্য যেকোন কিছু করতে সম্পূর্ণভাবে সক্ষম। ফোন এই জিনিসগুলি 1,000-10 শতাংশ ভাল করার জন্য আপনাকে কি প্রতি বছর $15 বা তার বেশি খরচ করতে হবে? আপনি এমনকি পার্থক্য লক্ষ্য করবেন?

অধিকাংশ মানুষের জন্য, উত্তর না.

মুরের আইনের ভবিষ্যৎ

অতীতে, সেমিকন্ডাক্টর প্রযুক্তিতে বেশিরভাগ বিনিয়োগ তহবিল সামরিক প্রতিরক্ষা ব্যয় থেকে এসেছিল। তারপরে এটিকে ভোক্তা ইলেকট্রনিক্স নির্মাতারা প্রতিস্থাপিত করেছিল এবং 2020-2023 সালের মধ্যে, আরও মাইক্রোচিপ বিকাশে নেতৃস্থানীয় বিনিয়োগ আবার স্থানান্তরিত হবে, এইবার নিম্নলিখিত বিষয়ে বিশেষজ্ঞ শিল্পগুলি থেকে:

• পরবর্তী-জেনার সামগ্রী. সাধারণ মানুষের কাছে হলোগ্রাফিক, ভার্চুয়াল এবং অগমেন্টেড রিয়েলিটি ডিভাইসগুলির আসন্ন প্রবর্তন ডেটা স্ট্রিমিংয়ের জন্য একটি বৃহত্তর চাহিদাকে উত্সাহিত করবে, বিশেষ করে যেহেতু এই প্রযুক্তিগুলি 2020 এর দশকের শেষের দিকে পরিণত হয়েছে এবং জনপ্রিয়তা বৃদ্ধি পাবে।

• ক্লাউড কম্পিউটিং. এই সিরিজের পরবর্তী অংশে ব্যাখ্যা করা হয়েছে।

• স্বায়ত্তশাসিত যানবাহন. আমাদের পুঙ্খানুপুঙ্খভাবে ব্যাখ্যা পরিবহন ভবিষ্যত সিরিজ.

• জিনিসের ইন্টারনেট। আমাদের মধ্যে ব্যাখ্যা করা হয়েছে থিংস ইন্টারনেট আমাদের অধ্যায় ইন্টারনেটের ভবিষ্যৎ সিরিজ.

• বড় তথ্য এবং বিশ্লেষণ. যে সংস্থাগুলির নিয়মিত ডেটা ক্রাঞ্চিংয়ের প্রয়োজন হয় — মনে করে সামরিক, মহাকাশ অনুসন্ধান, আবহাওয়ার পূর্বাভাস, ওষুধ, লজিস্টিকস, ইত্যাদি — তাদের সংগৃহীত ডেটার ক্রমবর্ধমান সেট বিশ্লেষণের জন্য ক্রমবর্ধমান শক্তিশালী কম্পিউটারের চাহিদা অব্যাহত রাখবে।

পরবর্তী প্রজন্মের মাইক্রোচিপগুলিতে R&D-এর জন্য তহবিল সর্বদা বিদ্যমান থাকবে, কিন্তু প্রশ্ন হল আরও জটিল আকারের মাইক্রোপ্রসেসরগুলির জন্য প্রয়োজনীয় তহবিল স্তরটি মুরের আইনের বৃদ্ধির চাহিদাগুলিকে মেনে চলতে পারে কিনা। ভোক্তাদের মন্থর চাহিদা, ভবিষ্যত সরকারি বাজেটের সংকট এবং অর্থনৈতিক মন্দার সাথে মিলিত মাইক্রোচিপগুলির নতুন ফর্মগুলিতে পরিবর্তন এবং বাণিজ্যিকীকরণের খরচের পরিপ্রেক্ষিতে, সম্ভাবনা রয়েছে যে মুরের আইনটি 2020-এর দশকের প্রথম দিকে ধীর হবে বা সংক্ষিপ্তভাবে থামবে, দেরীতে ফিরে আসার আগে 2020, 2030 এর প্রথম দিকে।

কেন মুরের আইন আবার গতি বাড়ানোর জন্য, ঠিক আছে, আসুন শুধু বলি যে টার্বো-চালিত মাইক্রোচিপগুলি কম্পিউটিং পাইপলাইনে নেমে আসা একমাত্র বিপ্লব নয়। পরবর্তীতে আমাদের কম্পিউটারের ভবিষ্যত সিরিজে, আমরা ক্লাউড কম্পিউটিং বৃদ্ধির প্রবণতাগুলি অন্বেষণ করব।

কম্পিউটার সিরিজের ভবিষ্যত

মানবতাকে পুনরায় সংজ্ঞায়িত করার জন্য উদীয়মান ব্যবহারকারী ইন্টারফেস: কম্পিউটারের ভবিষ্যত P1

সফ্টওয়্যার বিকাশের ভবিষ্যত: কম্পিউটারের ভবিষ্যত P2

ডিজিটাল স্টোরেজ বিপ্লব: কম্পিউটার P3 এর ভবিষ্যত

ক্লাউড কম্পিউটিং বিকেন্দ্রীভূত হয়: কম্পিউটারের ভবিষ্যত P5

কেন দেশগুলো সবচেয়ে বড় সুপার কম্পিউটার তৈরি করতে প্রতিযোগিতা করছে? কম্পিউটার P6 এর ভবিষ্যত

কিভাবে কোয়ান্টাম কম্পিউটার বিশ্বকে পরিবর্তন করবে: কম্পিউটার P7 এর ভবিষ্যত