Video viral menyoroti kompleksitas chip iPhone yang mencengangkan

Anda mungkin pernah melihat video ini beredar; video ini mengintip melalui lensa mikroskop pada chip telepon pintar dan mulai memperbesarnya, memberi Anda gambaran nyata betapa kecilnya transistor saat ini.

Kita tidak tahu siapa yang membuat video tersebut, atau chip mana yang seharusnya digunakan – dan dalam arti tertentu, itu tidak penting. Video tersebut jelas palsu. Video tersebut menggabungkan beberapa gambar mikroskop yang berbeda, kemungkinan dari beberapa mesin yang berbeda, menjadi apa yang tampak seperti satu pembesaran konstan, dan mengabaikan fakta bahwa lapisan terkecil yang diperbesarnya terhalang oleh banyak lapisan kabel dan pengikat yang tumpang tindih dalam kehidupan nyata.

Namun, film ini tetap layak ditonton dengan mengingat hal itu, karena bagi saya, film ini terbukti sebagai obat pembuka yang sangat efektif. Cara film ini membangkitkan rasa skala mungkin akan membuka pikiran Anda dan menarik Anda ke dalam lubang kelinci yang lebih menarik lagi tentang rekayasa skala nano, pembuatan chip, dan kompleksitas yang membingungkan di dalam perangkat yang Anda gunakan sekarang untuk membaca. Atlas Baru di toilet. Coba lihat:

Oke, jadi jika Anda merasa kagum dengan presentasi tersebut, Anda mungkin menikmati video kedua ini berdasarkan konsep serupa, lagi-lagi mulai dari skala chip hingga mendekati tingkat transistor melalui beberapa metode mikroskopi yang berbeda.

Semua itu mungkin menimbulkan beberapa pertanyaan, seperti seberapa kecil benda ini? Dan apakah ada cara untuk menempatkan skala itu dalam semacam konteks? Dan bagaimana orang-orang memproduksi apa pun pada skala nano, apalagi mikroprosesor dengan kompleksitas yang luar biasa, yang harus bertahan selama bertahun-tahun karena penanganan manusia yang ceroboh, dan di mana satu koneksi yang buruk dapat membuat seluruh perangkat tidak dapat digunakan?

Saya senang Anda bertanya.

Mari kita mulai dengan iPhone. Menurut profesor ilmu komputer Daniel Lemire dari Universitas QuebecSistem-pada-chip A17 Pro Apple dari iPhone 15 tahun 2023 menjalankan sekitar 19 miliar transistor – jumlah yang berlipat ganda setiap 2,5 tahun.

Sistem-pada-chip tersebut, menurut Wawasan Teknologiukurannya hanya 17,0 x 12,87 x 0,91 mm (0,67 x 0,5 x 0,04 inci) – lebih kecil dari perangko, dan sebenarnya bukan jumlah ruang yang besar untuk 19 miliar apa pun.

Ini diproduksi oleh produsen chip Taiwan TSMC menggunakan apa yang digambarkan sebagai “Proses 3 nanometer” – tetapi lupakan angka itu, angka itu sudah tidak ada hubungannya dengan kenyataan bertahun-tahun yang lalu dan kini tidak lebih dari sekadar istilah pemasaran.

Secara realistis, transistor FinFET yang melakukan pengalihan aktual pada mesin ini memiliki saluran dan gerbang selebar 6 nm. Sebagai perbandingan, atom hidrogen berdiameter sekitar sepersepuluh nanometer, jadi Anda dapat memasukkan 60 atom tersebut berdampingan ke dalam lebar gerbang transistor jika tidak terlalu sulit dikendalikan.

Jadi, kami benar-benar sampai ke skala atom, namun tetap memproduksi berbagai hal dengan presisi dan keandalan luar biasa, dalam arsitektur 3D berlapis yang sangat rumit yang menghubungkan semua unit kecil ini secara aman.

Bagaimana? Nah, jika kaki Anda belum bisa tidur dan tidak ada yang mengetuk pintu kamar mandi, lihatlah delapan menit pertama dari video yang sangat menakjubkan ini dari Cabang Pendidikanyang menyederhanakan dan menganimasikan proses dengan sangat rinci, dan memakan waktu sekitar 1.300 jam untuk membuatnya:

Saya tidak dapat melebih-lebihkan betapa banyak yang Anda lewatkan jika Anda tidak setidaknya menonton awal video tersebut, tetapi saya menghargai kenyataan bahwa ada kesemutan yang berkembang di kaki Anda – kita semua pernah mengalaminya, jadi saya akan sangat menyederhanakan sebagian prosesnya di bawah ini.

Untuk membuat satu lapisan mikrochip, ‘photoresist’ peka cahaya disebarkan di atas lapisan isolasi silikon oksida, kemudian sinar UV dipancarkan melalui stensil ke atasnya menggunakan mesin litografi UV ekstrem yang nilainya mendekati US$170 juta.

Bagian yang terkena cahaya kemudian dihilangkan dengan pelarut untuk menciptakan lapisan penutup. Proses etsa kemudian mengikis semua insulasi yang terlihat melalui penutup, hingga ke lapisan di bawahnya, dan kemudian pelarut lain membersihkan lapisan penutup untuk memperlihatkan alur kecil pada silikon oksida.

Semuanya diisi penuh dengan tembaga hingga seluruh lapisan tembaga menutupi wafer, kemudian bagian atas tembaga digiling hingga menampakkan lapisan baru nano kawat tembaga, dipisahkan oleh isolasi silikon oksida.

Itu adalah satu lapisan interkoneksi kabel sederhana; sebuah microchip mungkin memerlukan 80 lapisan seperti ini di atas satu sama lain, dengan sambungan yang berjalan vertikal melalui chip maupun horizontal, dan menggabungkan ratusan material eksotis yang berbeda.

Proses ini memakan waktu tiga bulan dari awal hingga akhir – dan satu kesalahan saja, termasuk adanya partikel debu, dapat mengembalikan produsen ke titik awal.

Produksi berskala nano seperti inilah yang telah melipatgandakan kekuatan komputer modern secara eksponensial, sekaligus memangkas penggunaan energi dan mengecilkannya hingga ukuran saku.

iPhone 15 vs superkomputer CRAY-1: Perbandingan yang tidak adil

Mari kita akhiri dengan menempatkan kemajuan beberapa dekade terakhir ke dalam beberapa konteks dengan perbandingan yang menyenangkan.

Superkomputer terhebat di dunia pada tahun 1976 adalah CRAY-1. Komputer ini jauh lebih besar dari bilik telepon, beratnya 5,5 ton, menggunakan daya 115 kW, dan harganya $7,9 juta, yang tentu saja tidak murah pada tahun 1976.

iPhone 15 Pro tahun 2023 mudah dibawa-bawa di dalam tas tangan dan di antara bantal sofa, dan daya baterainya sangat kecil sehingga dapat bertahan seharian penuh. Ponsel ini memiliki konektivitas nirkabel, sistem suara, dan layar sentuh beresolusi tinggi.

iPhone 5 Pro dimulai pada harga $999, memiliki RAM terintegrasi sekitar seribu kali lebih banyak daripada CRAY-1, dan dapat melakukan sekitar 13.420 kali lebih banyak operasi floating point per detik.

Dan sebaiknya Anda memasukkannya kembali ke saku, mencuci tangan, dan melanjutkan hari Anda!

Sumber: Cabang Pendidikan