تجربة عملية .. يوتيوبر يصنع ذاكرة RAM داخل منزله

في إنجاز تقني استثنائي، نجح أحد صناع المحتوى على "يوتيوب"، المعروف باسم "Dr. Semiconductor"، في تصنيع ذاكرة وصول عشوائي (RAM) داخل مختبر منزلي، في تجربة أثبتت أن الأمر ممكن من الناحية التقنية، لكنها كشفت في الوقت نفسه حجم التعقيد الهائل الذي تقف وراءه صناعة الرقائق الإلكترونية الحديثة.

ورغم النجاح في إنتاج خلايا ذاكرة تعمل فعليًا، فإن المشروع أظهر بوضوح سبب اعتماد صناعة أشباه الموصلات على مصانع عملاقة تُكلف مليارات الدولارات بدلًا من ورش العمل المنزلية.

البداية من غرفة نظيفة داخل مستودع

أول تحدٍ واجهه اليوتيوبر لم يكن تصنيع الذاكرة نفسها، بل تجهيز البيئة المناسبة للعمل، بحسب تقرير نشره موقع "slashgear" واطلعت عليه "العربية Business".

فقد حوّل مستودعًا صغيرًا في حديقة منزله إلى ما يُعرف بالغرفة النظيفة من الفئة Class 100، وهي بيئة لا تحتوي على أكثر من 100 جسيم غبار بحجم 0.5 ميكرون أو أكبر في كل قدم مكعب من الهواء.

وللمقارنة، تحتوي المنازل العادية عادة على ما بين 500 ألف ومليون جسيم غبار في الحجم نفسه، ما يجعل أي محاولة لتصنيع الرقائق خارج بيئة محكمة التحكم شبه مستحيلة.

وتحتاج صناعة الشرائح الإلكترونية إلى هذا المستوى من النظافة لأن أصغر ذرة غبار قد تكون كافية لإفساد مكونات مجهرية داخل الرقاقة.

تصنيع ذاكرة DRAM من الصفر

اختار Dr. Semiconductor تصنيع ذاكرة DRAM، وهي النوع الأكثر استخدامًا في الحواسيب والهواتف الذكية.

وتعتمد هذه الذاكرة على مبدأ بسيط ظاهريًا، إذ تتكون كل خلية من ترانزستور ومكثف كهربائي.

ويخزن المكثف الشحنة الكهربائية التي تمثل البيانات الرقمية، بينما يعمل الترانزستور كبوابة للتحكم بعملية القراءة والكتابة.

لكن المشكلة أن المكثفات تفقد شحنتها تدريجيًا، ما يفرض إعادة شحنها باستمرار للحفاظ على البيانات المخزنة.

وبدأ المشروع باستخدام شرائح سيليكون صغيرة جرى قصها وتنظيفها بعناية، قبل المرور بسلسلة طويلة من عمليات التصنيع المعقدة، شملت:

– معالجة السيليكون بالفسفور لتعديل خصائصه الكهربائية.

– استخدام تقنية الطباعة الضوئية (Photolithography) لرسم البنى المجهرية.

– ترسيب طبقات من الألمنيوم لتكوين نقاط التوصيل والمكثفات.

– إجراء عمليات حفر ومعالجة متكررة لبناء الخلايا الإلكترونية المطلوبة.

النتيجة: 20 خلية ذاكرة فقط

في النهاية، تمكن اليوتيوبر من إنتاج مصفوفة ذاكرة تتكون من 20 خلية فقط مرتبة في شبكة 5×4.

ورغم أن الرقم يبدو متواضعًا للغاية مقارنة بشرائح الذاكرة التجارية التي تحتوي على مليارات الخلايا، فإن مجرد نجاح هذه الخلايا في العمل يُعد إنجازًا هندسيًا لافتًا بالنظر إلى محدودية الإمكانات المستخدمة.

اختبار الرقاقة لم يكن سهلًا

لم يكن بالإمكان تركيب الشريحة داخل حاسوب واختبارها مباشرة كما يحدث مع وحدات RAM التجارية.

بدلًا من ذلك، استخدم الباحث معدات متخصصة تشمل محللات أشباه الموصلات ومجسات دقيقة للغاية قادرة على قياس الإشارات الكهربائية داخل كل خلية على حدة.

ومن خلال هذه الاختبارات، تمكن من التأكد من أن الخلايا تعمل بالفعل وتستطيع تخزين البيانات وقراءتها.

نجاح مشروط

ورغم نجاح التجربة، ظهرت مشكلة جوهرية تتمثل في سرعة تسرب الشحنة الكهربائية، فبينما تحتاج ذاكرة DRAM التجارية عادة إلى إعادة تنشيط كل نحو 64 مللي ثانية، احتاجت الخلايا المنزلية إلى إعادة شحن كل مللي ثانيتين تقريبًا فقط.

وبمعنى آخر، فإن الذاكرة المصنوعة منزليًا تفقد بياناتها بسرعة تزيد بأكثر من 30 مرة مقارنة بالمنتجات التجارية.

لماذا لا يصنع أحد ذاكرة RAM في المنزل؟

تكشف التجربة حجم التعقيد الحقيقي لصناعة الرقائق الإلكترونية الحديثة.

فحتى إنشاء 20 خلية ذاكرة فقط تطلب تجهيز غرفة نظيفة، واستخدام مواد كيميائية متخصصة، وأجهزة تصنيع دقيقة، وأفران عالية الحرارة، ومعدات اختبار متقدمة.

ولهذا السبب تستثمر الشركات المُصنعة عشرات المليارات من الدولارات في مصانع أشباه الموصلات لضمان إنتاج رقائق موثوقة وعالية الكثافة.

ورغم أن المشروع لا يقترب من المنافسة مع المنتجات التجارية، فإنه يظل إثباتًا عمليًا مذهلًا على أن تصنيع الذاكرة الإلكترونية داخل المنزل ممكن نظريًا.

والأهم من ذلك، أنه يوضح بدقة السبب الذي يجعل الغالبية العظمى من الناس لا تحاول القيام بذلك.

المصدر: البلاد البحرينية