Have we reached the limit of computer power? - Sajan Saini and George Zaidan

المترجم: Nada Nashwan المدقّق: Mohamed Salem

In the Netherlands, there’s an ambitious company

في هولندا، توجد شركة طموحة

that builds one of the most advanced and expensive tools in the world:

تصنع واحدة من أكثر الأدوات تقدما و تكلفة في العالم

a single unit costs hundreds of millions of dollars.

الوحدة الواحدة تكلف مئات الملايين من الدولارات.

And when companies buy one,

وعندما تشتري الشركات واحدة،

they also need 250 engineers to install the 165-ton device

فإنها تحتاج أيضًا إلى 250 مهندسًا لتركيب الجهاز الذي يبلغ وزنه 165 طنًا

in a process that typically takes half a year.

في عملية عادة ما تستغرق نصف عام

But despite this steep cost in time and money,

لكن على الرغم من هذه الكُلفة العالية من حيث الوقت والمال،

many microchip makers desperately want one of these machines.

العديد من صانعي الرقائق الدقيقة يريدون حقا الحصول على واحدة من هذه الآلات.

The hundred-million-dollar question is: why?

السؤال الذي يقدر بمئات الملايين من الدولارات هو : لماذا؟

The answer has to do with something called Moore’s Law.

الجواب يتعلق بشيء يسمى “قانون مور”

First coined by Intel co-founder Gordon Moore,

تم صياغة القانون أول مرة من قبل غوردون مور - المؤسس المشارك لشركة إنتل-

this law states that every 1 to 2 years

ينص هذا القانون على أنه كل عام إلى عامين

the number of transistors that can fit on a given size computer chip will double.

سيتضاعف عدد الترانزستورات التي يمكن أن تتسع في حجم معين من الرقائق الحاسوبية

And by extension, the rough number of calculations that chip can do per second

ومن ثم فإن العدد التقريبي للحسابات التي تتمكن تلك الشريحة من القيام بها في الثانية

will also double.

سيتضاعف ايضا

Now, this law isn't a physical law like gravity.

الآن، هذا القانون ليس قانونًا فيزيائيًا مثل الجاذبية.

It’s just a trend Moore observed during the early 1960s.

إنه مجرد اتجاه لاحظه مور خلال أوائل الستينيات.

But chipmakers turned that trend into a goal, and in turn,

لكن صانعي الرقائق حولوا هذا الاتجاه إلى هدف، وبالتالي،

consumers learn to expect computing progress to continue

تعلم المستهلكون توقع استمرار تقدم الحوسبة

at this exponentially fast pace.

بهذه الوتيرة السريعة

And the amazing thing is, for six decades, it pretty much has.

والشيء المدهش هو أنه على مدى ستة عقود، حدث ذلك بشكل كبير

Thanks to Moore’s Law, chips have gotten smaller, faster,

بفضل قانون مور، أصبحت الرقائق أصغر وأسرع

more efficient, and cheaper.

وأكثر كفاءة وأرخص.

But today, there are four key problems that trip up this trend,

ولكن اليوم، هناك أربع مشاكل رئيسية تعرقل هذا الاتجاه،

potentially ending Moore’s Law

مما قد يؤدي إلى إنهاء قانون مور

and fundamentally changing how we make progress in computing.

وتغيير جوهر التقدم في مجال الحوسبة

The first is transistor size.

الأول هو حجم الترانزستور،

Transistors are basically on/off switches,

الترانزستورات هي ببساطة مفاتيح تشغيل/إيقاف،

and these building blocks of digital computing have been shrinking

وقد بدأت هذه المكونات الأساسية للحوسبة الرقمية في التقلص

since the 1960s.

منذ ستينيات القرن الماضي،

But recently they’ve gotten so small,

لكن مؤخرًا أصبحت صغيرة جدًا،

quantum physics has begun to interfere with their functions.

لدرجة أن فيزياء الكم بدأت تؤثر على وظائفها

When a transistor’s switch, or gate, is less than 20 nanometers,

فعندما يكون مفتاح الترانزستور، أو بوابته، أقل من 20 نانومترًا، فإن

electrons will tunnel along it continuously,

الإلكترونات سوف تتنقل عبره بإستمرار

turning a crisp on/off switch into a hazy dimmer.

مما يحول مفتاح التشغيل/الإيقاف الفعال إلى مفتاح متذبذب غير مؤثر

The second problem is heat.

المشكلة الثانية هي الحرارة.

As chipmakers make components smaller and more complex,

نظرًا لأن صانعي الرقائق يجعلون المكونات أصغر حجمًا وأكثر تعقيدًا،

the copper lines that run between them need to be thinner and longer.

فإن الخطوط النحاسية التي تربط بينها يجب أن تكون أرق وأطول.

This increases their electrical resistance and generates high heat

هذا يزيد من مقاومتها الكهربائية ويولد حرارة عالية

that impairs chip performance and can’t be easily dissipated.

فيُضعف هذا الأمر أداء الرقاقة ، ولا يمكن تبديده بسهولة

Today’s chips can already run hot enough to cook an egg,

حيث أن الرقائق الحالية تصل درجة حرارتها لما يكفي لطهي بيضة

and temperatures are only predicted to increase without new innovations.

ومن المتوقع أن تستمر درجات الحرارة في الإرتفاع دون ابتكارات جديدة

While both these issues represent limits in the fundamental physics of chipmaking,

رغم أن هذه المشكلات تعكس حدود الفيزياء الأساسية في صناعة الرقائق

researchers haven't stopped trying to solve them.

لم يتوقف الباحثون عن محاولة حلها.

Unfortunately, their solutions often exacerbate the third major problem:

وللأسف غالبا ما تفاقم حلولهم المشكلة الثالثة والكبرى :

chipmaking’s environmental impact.

الأثر البيئي لصناعة الرقائق.

For example, swapping copper lines for ruthenium

مثلًا استبدال الخطوط النحاسية بمعدن الروثينيوم

could help pack transistors more tightly and keep chips smaller—

يمكن أن يساعد قي تقليص حجم الترانزستورات وجعل الرقائق أصغر

but that metal is far scarcer than copper

لكن مقارنة بالنحاس فهذ المعدن نادر جدا

and would require new mining infrastructure.

وسيتطلب بنية تحتية جديدة للتعدين.

Similarly, the technology currently used to make today’s smallest transistors

وبالمثل،فإن التكنولوجيا المستخدمة حاليا لصناعة أصغر الترانزستورات

requires huge amounts of energy and chemicals

تحتاج إلى كميات هائلة من الطاقة والمواد الكيميائية

called perfluoroalkyl and polyfluoroalkyl substances,

المعروفة بـ المواد المشبعة بالفلور كليا وجزئيا (PFAS)

which can take thousands of years to break down in the environment.

والتي قد تستغرق آلاف السنين لتتحلل في البيئة.

Managing these first three problems contributes to the final issue: cost.

تُسهم إدارة هذه المشكلات الثلاث الأولى في المشكلة النهائية: التكلفة.

To keep achieving Moore’s Law,

للاستمرار في العمل بـ قانون مور،

chipmakers have to make individual chip components smaller.

يجب على صانعي الرقائق جعل مكونات الشريحة أصغر

And this is where that costly $400 million machine comes in.

وهنا يأتي دور هذه الآلة - باهظة الثمن- التي تبلغ تكلفتها 400 مليون دولار.

This marvel of chip-making science shoots a stream of tin droplets

هذا الأعجوبة العلمية لصناعة الرقائق تعمل على اطلاق قطرات دقيقة من القصدير

into a vacuum chamber before blasting them with a high-energy laser

داخل غرفة مفرغة قبل تفجيرها بإستخدام أشعة ليزر عالية الطاقة

that vaporizes the tin to create plasma.

لتبخير القصدير و تحويله لبلازما.

In turn, the plasma emits a 13.5 nanometer wavelength of ultraviolet light

وبالتالي ومن هذه البلازما تنبعث أشعة فوق بنفسجية بطول موجي 13.5 نانومتر

that can be used to produce incredibly small transistors.

تُستخدم في تصنيع ترانزستورات صغيرة جدا

This remarkable feat of engineering has helped chipmakers

مكّن هذا التقدم الهندسي البارز صانعي الرقائق من

keep up with Moore’s Law.

مواصلة التقدم وفقا لقانون مور

But as chips keep getting denser,

ولكن مع زيادة كثافة الرقائق،

intricate manufacturing plants keep getting more expensive.

تصبح مصانع التصنيع أكثر تعقيدا وتكلفة

This trend has been so consistent, it’s actually earned the nickname

ومع إستمرارية هذا الاتجاه، مُنح بالفعل لقب

Moore’s Second Law.

“قانون مور الثاني”

Obviously, all these trajectories are unsustainable.

لكن من الواضح أن كل هذه المسارات غير قابلة للإستمرار

Manufacturing plants can’t keep increasing in price,

فلا يمكن لتكاليف المصانع أن تستمر في الزيادة

our ecosystems can’t endure endless mining and pollution,

وأنظمتنا البيئية لا يمكنها تحمل التعدين والتلوث المستمر

and the laws of physics are unlikely to change anytime soon.

ولا يبدو أن قوانين الفيزياء ستتغير في المستقبل القريب

Fortunately, Moore's Law is flexible,

ومع ذلك ، فإن “قانون مور” مرن كفاية

and there’s no reason we can’t introduce new goals

ولا يوجد ما يمنعنا من وضع أهداف جديدة

to keep making computing progress responsibly.

لمواصلة إحراز التقدم في الحوسبة بشكل مستدام

Perhaps we could introduce a new Sustainability Law?

ربما يمكننا إبتكار قانون جديد، " قانون الاستدامة ” ؟

Smaller transistors already use less material and produce less e-waste,

فالترانزستورات الاصغر حجما تستخدم-بالفعل- مواد أقل وتنتج نفايات إلكترونية أقل

and advancements in electronic-photonic integration

كما أن التطورات في دمج الإلكترونيات والفوتونات

are allowing chips to use less energy and generate less heat.

تُمكن الرقائق الإلكترونية من إستخدام طاقة أقل وتوليد حرارة أقل

So perhaps chips should be made twice as sustainable every several years?

فربما تُصنع الرقائق الإلكترونية لتكون أكثر إستدامة بمعدل يتضاعف كل عدّة سنوات؟

Whatever the answer is,

أيا يكن الجواب

we make the laws, so the future is up to us.

نحن من يضع القوانين، إذا المستقبل يعتمد علينا.