برترین کاربران هفتگی این مقاله

از ۱۳۹۹/۰۹/۰۱ تا ۱۳۹۹/۰۹/۰۷

هیچ کاربری در این بازه زمانی وجود ندارد

ضمائم مقاله
آمار مقاله
  • بازدید کل ۴,۶۵۶
  • بازدید این ماه ۱۰
  • بازدید امروز ۴
آمار آزمون مقاله
  • کل شرکت کنندگان ۱۲۴
  • قبول شدگان ۹۴
  • شرکت کنندگان یکتا ۷۴
  • میانگین درصد شرکت کنندگان ۷۶
واژه نامه فناوری نانو

نانو

nano

پيشوندي به معناي يک بيليونم يا (000،000،000،1/1). در متون فناوري‌نانو، معمولا براي مشخص کردن يک واحد اندازه‌گيري برابر با 10 به توان منفي 9 متر استفاده مي‌شود.

سطح مقاله

مقالات منتخب ماهنامه نانو

امتیاز کاربران

فناوری اطلاعات و ارتباطات حافظه جامع

حافظه بخش اصلی در تجهیزات پردازش داده است. به طور متداول سه نوع حافظه وجود دارد: SRAM که سرعت بسیار زیاد و قیمت بالایی دارد، DRAM که سرعت و قیمت متوسطی دارد و Flash Memory که سرعت و قیمت پایینی دارد و استفاده از آن، حتی هنگامی که به برق متصل نیست، سبب نگهداری اطلاعات می‌شود. برخی از حافظه‌ها حافظه جامع نامیده می‌شوند که همۀ این خصوصیات را یکجا در آن‌ها قرار دارد.
پیشرفت‌ها در تجهیزات حافظه جامع، شاید به معرفی حافظه‌های جدیدی منتهی شود که حجم و اندازه بسیار کوچک‌تر، قابلیت حمل و کارکرد بالاتری داشته باشند. همچنین ممکن است ویژگی‌های نوینی به محصولاتی با کاربرد خانگی و خودرو‌ها اضافه نماید. فناوری نانو یکی از پیشروترین فناوری‌ها در پژوهش پیرامون حافظه در حال ظهور است. از آنجایی که اجرای عملیات‌های پردازش پیچیده بوسیله تجهیزات متداول بسیار سخت است، حضور محصولات جدید ضرورت می‌یابند و احتمالاً فناوری نانو تنها فناوری است که منجر به تولید حافظه جامع خواهد شد؛ البته توسعه در این بخش سبب افزایش بازدهی در انرژی و کارکرد تجهیزات حافظه نیز می‌شود. هم اکنون بازار مدارات مجتمع (IC) در اختیار شرکت‌های آمریکایی و آسیایی است. حافظه جامع و فناوری نانو فرصت‌های زیادی را برای حل مسائل این بخش دارند.

پیش‌زمینه
فناوری هیچ یک از حافظه‌های موجود در بازار تا اندازه‌ای نیست که تمام ویژگی‌های مورد نیاز را فراهم کنند. بزرگ‌ترین حوزه کاربردی برای حافظه‌های تولید‌شده، رایانه‌ها، وسایل ارتباطی (مانند گوشی‌های موبایل)، کاربردهای خانگی، دوربین، تلویزیون، کاربردهای صنعتی و خودروها هستند. هر یک از این تجهیزات به خصوصیات متفاوتی از حافظه نیاز دارند و اگر ترکیب فناوری‌های متداول کنونی با کارکرد مناسب و قیمت متعادل همراه باشند، می‌توان آن‌ها را با تولید انبوه وارد بازار کرد.
DRAM (حافظه پویا) در حال حاضر کم‌هزینه‌ترین انتخاب در این زمینه است. سرعت بالا و کم‌هزینه بودن مزیت آن است، اما مصرف انرژی زیاد از نقاط ضعف این محصول است.
SRAM (حافظه ایستا) گزینه‌ای کاربردی در مواردی مانند خودروها و حافظه پنهان در هنگام کار کردن هارد‌دیسک است. سلول‌های حافظه گران‌تر و سبک‌تر از DRAM هستند. این نوع ساختار کارکردی عالی و مصرف انرژی پایین دارد.
Flash Memory، روشی نیمه رسانا برای کاربرد در ذخیره‌سازی اطلاعات است و خصوصیات آن عبارتند از: قیمت پایین، وزن بسیار عالی و عدم آسیب به داده‌ها؛ اشکال آن نیز در مقایسه با DRAM و SRAM، سرعت پایین‌تر است.
خصوصیات مدارهای الکتریکی تقریباً هر دو سال از لحاظ اندازه نصف شده است (قانون مور)؛ اما رویکرد موجود به سوی اندازه‌های بسیار کوچک‌تر (تا حد 20 نانو متر) است. فناوری‌های جدید از مواد مختلف در مقیاس نانو بهره می‌برند. اکثر فناوری‌هایی که در این مجموعه به آن‌ها پرداخته شده است از ویژگی فناوری نانو برای توسعه حافظه‌هایی با کارکرد عالی و وزن سبک‌تر استفاده می‌کنند.

اثـرات
فناوری حافظه جامع، توانایی‌ زیادی برای تحول کامل حافظه‌های متداول در رایانه خانگی، تجهیزات گوشی موبایل و کاربردهای کارآمدتر دارد. همۀ فناوری‌های مرسوم در جهت حفظ داده و آسیب ندیدن آن‌ها طراحی می‌شوند. ویژگی‌های دیگری که فناوری‌ها برای کسب آن‌ها رقابت می‌کنند عبارتند از: قیمت متعادل، وزن پایین، انعطاف‌پذیری بالا در اجرای پردازش و مصرف انرژی کم. معمولاً هیچ نوع فناوری وجود ندارد که همه این ویژگی‌ها را یکجا داشته باشد. با توجه به این موارد، معمولاً عمر وسایل نگهداری داده‌ حدود 10 سال است.
با توجه به اینکه فناوری حافظه جامع به سوی وزن کمتر و تجهیزات بسیار کوچک با مصرف انرژی کمتر در حال توسعه است، لذا نیازمند ترکیبی از ویژگی‌های DRAM و SRAM و Flash است تا کارکردی کامل را ایجاد کند و احیاناً باعث کاهش هزینه‌های کلی در سامانه حافظه شود.
برخی از رویکردهای موجود برای ذخیره‌سازی داده‌ها با سرعت بالا و بدون آسیب که در آن از فناوری نانو استفاده شده است:

 1. متعالی: استفاده از مقیاس نانو برای اطلاعات ذخیره‌سازی
• RAM: مبتنی بر نانو لوله‌های کربنی (CNT RAM)
• RAM: به صورت نانو الکترومکانیکی (Nems RAM) و حافظه هزار پا
• RAM: نقاط کوانتومی (QD- RAM)

 2. واسط: ارائه ویژگی‌های فناوری نانویی در سطح واسط
• استفاده از عناصر مقاوم برای نگهداری اطلاعات:
  •  تغییر فاز (PC RAM)
  • مقاومتی (R RAM)
  • پل رسانا (CB RAM)
• استفاده از عناصر مغناطیسی برای حفظ داده‌ها:
  •  RAM مغناطیسی مقاومتی (M RAM)
  • RAM فرو الکتریک (Fe RAM)
3. پایین: استفاده از فناوری نانو مشابه فناوری‌های سنتی
• سیلیکون- اکسید- نیترید- اکسید- سیلیکون (SONOS) که شبیه فلش است
• حافظه فروالکتریک (FeRAM)

اقتصاد - صنعت
حجم مبادلات در بازار جهان نیمه‌رساناها در سال 2009، 226 میلیارد دلار بود و انتظار می‌رود به تا سال 2013 به بالاتر از 300 میلیارد دلار برسد. در بازار فناوری‌های حافظه D-RAM و Flash 5 درصد از کل بازار را در سال 2010 در اختیار داشتند. پیش‌بینی می‌شود حجم مبادلات در بازار حافظه قابل حمل به طور وسیع شامل فلش و D-RAM به بالاتر از 1 میلیارد دلار در سال 2013 برسد و پس از آن تقریباً ثابت بماند که بیشترین تقاضا در زمینه حافظه‌های رایانه و گوشی است.
پتانسیل رشد در فناوری‌ حافظه جامع، بسیار زیاد است، زیرا برای ارائه حافظه‌ای با کارکرد بالا و بدون آسیب به داده‌ها و با مصرف پایین انرژی توانمندی زیادی وجود دارد.

سطوح آمادگی فناوری
طبق نظر متخصصان،RRAM بزرگ‌ترین پتانسیل را برای تبدیل‌شدن به حافظه جامع دارد؛ البته بزرگ‌ترین چالش این است که هنوز جزئیات مکانیزم آن کاملاً کشف نشده است. CNT RAM نیز در ارزیابی‌های علمی، در سطحی بالا قرار دارد؛ اما به علت اینکه در ابتدای مراحل رشد قرار دارد، بسیار سخت است که بتواند بازار را در اختیار بگیرد. البته برخی نمونه‌های ابتدایی ساخته شده‌ است که شاید 10 سال دیگر به طور انبوه و صنعتی وارد بازار شود.
CNT RAM با رویکرد مبتنی بر فناوری نانو، به طور بالقوه می‌تواند کارکرد بسیار عالی داشته باشد. همچنین پتانسیل FeRAM تقریباً با DRAM مشابه است، اما احتمالاً این فناوری از برخی محدودیت‌ها آسیب می‌بیند. فناوری MRAM نیز به کمال رسیده است، ولی بزرگ‌ترین پتانسیل تحول مربوط به STT-MRAM است. PCRAM نیز در بازار موجود بوده و اخیراً محدودیت‌های موجود را نیز رفع کرده است. احتمالاً برای معرفی و شناخت کامل QD-RAM زمان بیشتری مورد نیاز است، اما بزودی جزئیات آن بوسیله‌ی متخصصان درک خواهد شد.
علاوه بر این فناوری‌های خاص، شاید پیشرفت در تجهیزات سه‌بعدی امکان استفاده از حافظه‌های متداول مانند DRAM و Flash را با اصلاحاتی مواجه کند و تقاضا برای حافظه جامع را کاهش دهد. از سوی دیگر متخصصان اضافه می‌کنند که معمولاً PRAM پتانسیل بالایی را برای محصولات سه بعدی نشان می‌دهد.

چالش‌ها
با توجه به اینکه محصولات موجود در زمینه مدارهای الکترونیکی به دنبال اندازه کوچک‌تر و قیمت پایین‌تر هستند، هیچ یک از فناوری‌های حافظه جامع که تاکنون تولید شده است قادر به رقابت با Flash در این ویژگی‌ها نیستند. از این‌رو سرمایه گذاری‌های عظیمی در تولید Flash Memory صورت گرفته است و تا زمانی که این ویژگی‌ها را دارد، پرکاربرد خواهد بود.
چالش مهم دیگر محدودیت‌های فناوری است، زیرا هیچ نوع فناوری حافظه جامع تاکنون به‌وجود نیامده است تا همه ویژگی‌های مورد نیاز را یکجا فراهم کند. آمادگی برای تولید نیز چالشی بزرگ است. چالش‌های عمده دسترسی به فرآیندهای مطمئن و با بازده بالا هستند، زیرا ظهور فناوری‌های حافظۀ نوین سازگار با فرآیندهای موجود نیستند. اگرچه برخی از فناوری‌های حافظه پیشرفته تاکنون وارد بازار شده‌اند، اما هنوز به پیشرفت بیشتری نیاز دارند تا در کاهش قیمت (در مورد Flash وDRAM ) و افزایش سرعت (در مورد DRAM وSRAM) و وزن آن‌ها (در مورد Flash وDRAM) به مطلوب‌ترین حد برسند. به دلیل وجود این چالش‌ها، احتمالاً فناوری نوین کاملاً بازار جدیدی را در اختیار خواهد گرفت که حافظه‌های قدیمی نمی‌توانند مصرف کنندگان را قانع سازند. حوزه‌های کاربردی که پتانسیل آن را دارند عبارتند از: سیم کارت‌ها، کارت‌های هوشمند و سنسورها (پزشکی، امنیتی و غیره) که حافظه جدید می‌تواند محاسبات پیچیده‌تر را با مصرف انرژی کمتر انجام دهد.

موقعیت رقابتی
رقابت در فناوری نیمه‌رسانا به شکل شدید وجود دارد، اما این صنعت پس از زیست‌فناوری در رده دوم قرار دارد. ظهور فناوری نیمه‌رسانا با مواد پیشرفته و فناوری نانو‌الکترونیک، به عنوان فناوری توانمند و کلیدی ملاحظه می‌شود. در مجموع صنعت نیمه‌رسانا بیش از 115 هزار کالا را مستقیم و بیش از 500 هزار کالا را غیرمستقیم پشتیبانی می‌کند. امروزه شرکت‌های آسیایی و آمریکایی بازار محصولات حافظه را در اختیار دارند و بزرگ‌ترین بازار کسب درآمد از تولید و فروش حافظه را دارا هستند.
دانشگاه‌ها و سازمان‌های تحقیقاتی برجسته‌ای بر روی فناوری‌های حافظه جامع پژوهش می‌کنند. پروژه‌های پیشرفته چند منظوره، از طریق مشارکت بین صنعت و دانشگاه در حال انجام هستند. ورود حافظه Flash و DRAM به بازار اروپا بسیار سخت است، بنابراین ظهور فناوری‌های نیمه‌رسانا مانند حافظه جامع می‌تواند آن‌ها را در کسب سهمی از بازار منتفع کند. این موضوع به سرمایه گذاری‌های عظیم، هم به وسیله شرکت‌ها و هم به وسیله دولت‌ها نیاز دارد؛ بنابراین همه شرکاء نیاز دارند تا نقش جهانی را در این عرصه ایفا کنند. جایگاه اروپا نیز می‌تواند با افزایش همکاری‌ها بین صنعت تجهیزات نیمه‌رسانا و ایجاد راه حل شرکت‌ها برای صنایع مختلف از جمله خودرو و کاربردهای دستگاه‌های ارتباطی افزایش یابد.

خلاصه
• هیچ بخش یا شرکتی هنوز نتوانسته خود را به عنوان پیشرو در زمینه حافظه نشان دهد.
• فناوری CMOS در آینده امکان‌پذیر نیست زیرا که پیشرفت‌های در فناوری‌های نوظهور هنوز جای زیادی برای توسعه بیشتر دارند.
• هزینه‌ها بزرگ‌ترین مانع در جلوگیری از رشد این فناوری‌ها در بازار هستند.
• سرمایه‌گذاری‌هایی در همه زمینه‌ها و همچنین در ظرفیت تولید مورد نیاز هستند.
• حافظه یک فناوری توانمند است و حافظه جامع امکانات کاربردی جدیدی را به صورت تعبیه شده در تجهیزات و در سامانه‌های کامپیوتری فراهم خواهد ساخت.

نظرات و سوالات

نظرات

2 0

عاطفه نوع خواه - ‏۱۳۹۵/۱۲/۲۶

عرض سلام و احترام برای کسانی که توالکترونیک اطلاعات چندانی ندارن بسیارعالیست.سپاس ازلطفتون