تعریف، انواع و کاربردهای چیپ‌های الکترونیکی – علیرضا محمودی فرد

فرا اقتصاد بین الملل | چیپ‌های الکترونیکی جزو مهم‌ترین و موثرترین قطعاتی هستند که در صنعت الکترونیک و دستگاه‌های الکترونیکی وجود دارند.

تعریف چیپ‌های الکترونیکی

چیپ‌های الکترونیکی، که به‌طور رسمی به‌عنوان “مدارهای مجتمع (Integrated Circuits)” شناخته می‌شوند، مجموعه‌ای از عناصر الکترونیکی مانند ترانزیستورها، دیودها و مقاومت‌ها هستند که به‌صورت یک واحد در یک تراشه‌ی کوچک سیلیکنی قرار گرفته‌اند. این چیپ‌ها قادر به پردازش اطلاعات، ذخیره‌سازی داده‌ها و انجام عملیات منطقی هستند و به عنوان جزء کلیدی در اکثر دستگاه‌های الکترونیکی مدرن محسوب می‌شوند (Horowitz & Hill, 2015).

تاریخچه

تاریخچه‌ی پیدایش چیپ‌های الکترونیکی به دهه‌ی ۱۹۶۰ میلادی برمی‌گردد، زمانی که جسور ایتسکی (Jack Kilby) و رابرت نویس (Robert Noyce) به‌طور مستقل اولین مدارهای مجتمع را اختراع کردند. این اختراعات انقلابی در صنعت الکترونیک به‌وجود آوردند و زمینه‌ساز توسعه‌ی فناوری‌های پیشرفته‌ای شدند که امروزه از آن‌ها استفاده می‌شود (Graziosi et al., 2016).

انواع چیپ‌های الکترونیکی

چیپ‌های الکترونیکی به دو دسته‌ی اصلی تقسیم می‌شوند:

چیپ‌های آنالوگ: این چیپ‌ها برای پردازش سیگنال‌های آنالوگ طراحی شده‌اند و معمولاً در کاربردهای صوتی، تصویری و حسگرها به‌کار می‌روند؛ نمونه‌هایی از این نوع چیپ‌ها شامل تقویت‌کننده‌های عملیاتی (Op-Amps) و مبدل‌های آنالوگ به دیجیتال (ADC) هستند.

چیپ‌های دیجیتال: این نوع چیپ‌ها برای پردازش سیگنال‌های دیجیتال طراحی شده‌اند و در کامپیوترها، تلفن‌های همراه و مدارهای منطقی استفاده می‌شوند؛ شامل واحدهای پردازش مرکزی (CPU)، واحدهای پردازش گرافیکی (GPU) و حافظه‌های فلش می‌باشند.

ساختار و فرآیند تولید

ساخت چیپ‌های الکترونیکی شامل مراحلی نظیر طراحی، تولید و تست می‌باشد. در مرحله طراحی، مهندسان با استفاده از نرم‌افزارهای تخصصی، نقشه‌ی مدار را ایجاد می‌کنند؛ پس از آن، فرآیند تولید شامل مواردی چون ایجاد لایه‌های نازک سیلیکن، آلودگی و آب‌کاری در تست‌های الکتریکی انجام می‌پذیرد (Wong et al., 2019).

کاربردها

چیپ‌های الکترونیکی در بسیاری از صنایع و زمینه‌ها به‌کار می‌روند، مثلا:

کامپیوترها و لوازم خانگی: از جمله CPUها و چیپ‌های حافظه.

تجهیزات پزشکی: در دستگاه‌های تصویربرداری، حسگرهای بیولوژیکی و پایش سلامت.

صنعت خودروسازی: در سیستم‌های کنترل موتور، ایمنی و سرگرمی.

الکترونیک مصرفی: مانند تلفن‌های همراه، لپ‌تاپ‌ها، پی‌سی‌ها، تبلت‌ها و کنسول‌های بازی.

چالش‌ها و آینده چیپ‌های الکترونیکی

با پیشرفت فناوری، چالش‌های جدیدی برای تولید چیپ‌های الکترونیکی به‌وجود آمده است؛ این چالش‌ها شامل کاهش اندازه تراشه‌ها (موسوم به “قانون مور”)، مدیریت حرارت، و ارتقاء عملکرد با مصرف انرژی کم می‌باشد؛ همچنین، با ظهور فناوری‌های نوینی همچون محاسبات کم‌مصرف (Low Power Computing) و اینترنت اشیا (IoT)، نیاز به چیپ‌های الکترونیکی هوشمند و کارآمد بیشتر از همیشه احساس می‌شود (Baker, 2018).

گردآوری: علیرضا محمودی فرد – مدرس دروس معماری کامپیوتر و آز سیستم‌های دیجیتال ۱ در دانشگاه‌ها