සිලිකන් MEMS තාක්ෂණයෙන් ඇටොමික් ඔරලෝසුවක නිවැරදිතාවය දැන් චිප් එකක් ඇතුළේ

ලොකු ඉඩක් ගන්නා, පවර් වැඩිපුර වැයවෙන bulky oven-controlled clock එකක්, එහි නිවැරදිතාවය පොඩ්ඩක්වත් අඩු නොවී ලුණු කැටයක තරම් කුඩා චිප් එකකට ගේනවා කියලා හිතන්න. ඉංජිනේරුවන් සිලිකන් MEMS තාක්ෂණයේ රහස අවසානයේ විසඳා තිබෙනවා. ඒ ±14 parts-per-billion ක අදහාගත නොහැකි stability එකක් ලබා ගනිමින්. මේක අපේ ඩිවයිස් එකිනෙක සම්බන්ධ වන ආකාරය සම්පූර්ණයෙන්ම වෙනස් කරන පෙරළියක්.

Quartz යුගයේ අවසානය?

දශක ගණනාවක් තිස්සේ ඔබට high-precision timing අවශ්‍ය වුණා නම්, අනිවාර්යයෙන්ම Quartz crystals භාවිතා කරන්න සිදු වුණා. විශේෂයෙන්ම Oven-Controlled Crystal Oscillators (OCXOs) මේ සඳහා යොදාගත් අතර, ඒවා ක්‍රියා කරන්නේ රත් වීම මගින් තමන්වම ස්ථාවරව තබා ගනිමිනුයි. ඒවායේ ක්‍රියාකාරිත්වය විශිෂ්ට වුණත්, ඒවා ප්‍රමාණයෙන් විශාලයි, පහසුවෙන් කැඩෙන සුළුයි වගේම පවර් (power) ගොඩක් වැය කරනවා.

සිලිකන් පාදක කරගත් Micro-Electro-Mechanical Systems (MEMS) මේ ක්ෂේත්‍රයේ හැමදාමත් හිටියේ "scrappy underdog" කෙනෙක් විදිහටයි. මේවා ප්‍රමාණයෙන් ඉතා කුඩායි වගේම mass-produce කරන්නත් හරිම ලේසියි. හැබැයි ප්‍රශ්නය වුණේ උෂ්ණත්වය වෙනස් වෙද්දී මේවායේ timing ලොකුවට වෙනස් (drift) වීමයි. අවම වශයෙන්, මෙතෙක් කල් වුණේ ඒකයි.

ස්ථාවරත්වය සඳහා Doping

IEEE Spectrum මගින් පෙන්වා දෙන නවතම සොයාගැනීමකට අනුව, සිලිකන් වලට නිශ්චිත impurities එකතු කර "doping" කිරීම මගින්, පර්යේෂකයන් එහි තාප සංවේදීතාවය (thermal sensitivity) නැති කර දමා තිබෙනවා. මේ නිසා පරිසරය කොතරම් වෙනස් වුණත් MEMS resonator එකට ඉතා ස්ථාවරව පවතින්න පුළුවන්.

මෙහි ප්‍රතිඵලය වෙන්නේ ±14 parts-per-billion (ppb) ක frequency stability එකක් ලැබීමයි. සරලවම කිව්වොත්, සාමාන්‍යයෙන් ඉහළ පෙළේ ටෙලිකොම් යටිතල පහසුකම් වලට පමණක් සීමා වෙලා තිබුණු ඒ නිවැරදිතාවය, දැන් ඉතා කුඩා microscopic footprint එකකට ගේන්න ඔවුන් සමත් වෙලා තියෙනවා.

ඇයි මේ 14 Parts-Per-Billion වැදගත් වෙන්නේ?

මේ තරම් "atomic-clock" මට්ටමේ නිරවද්‍යතාවයක් මෙච්චර කුඩා චිප් එකකට අවශ්‍ය ඇයි කියලා ඔබට හිතෙන්න පුළුවන්. ඒකට පිළිතුර තියෙන්නේ connectivity වල අනාගතය තුළයි. අපි 6G සහ දියුණු සැටලයිට් තාක්ෂණයන් දෙසට ගමන් කරන විට, data transmission සඳහා ලැබෙන කාල සීමාවන් (windows) ඉතා කුඩා සහ තදබද එකක් වෙනවා.

6G තාක්ෂණය බලගැන්වීම

6G ජාල ක්‍රියාත්මක වෙන්නේ දැනට තියෙන LTE හෝ 5G වලට වඩා ගොඩක් වැඩි frequencies වලයි. ඒ වගේ වේගයකදී, timing වල සිදුවන ඉතා සුළු ගැස්සීමක් (jitter) වුණත් සිග්නල් එක සම්පූර්ණයෙන්ම නැති වෙන්න හේතුවක් වෙන්න පුළුවන්. මේ අලුත් සිලිකන් හාඩ්වෙයාර් එක මගින් ultra-fast data සඳහා අවශ්‍ය කරන ස්ථාවරත්වය සහතික කරනවා.

Satellite Micro-Scaling

සැටලයිට් වලට, විශේෂයෙන්ම දැනට අලුතින් එන Low Earth Orbit (LEO) microsats වලට, ඉඩකඩ සහ පවර් කියන්නේ ලොකු ප්‍රශ්නයක්. ලොකු Quartz oscillator එකක් වෙනුවට සිලිකන් MEMS චිප් එකක් යොදා ගැනීමෙන් බර මෙන්ම බැටරි ආයු කාලයත් ඉතිරි කරගන්න පුළුවන්. අභ්‍යවකාශ කර්මාන්තයේදී ඒක රත්තරන් වලටත් වඩා වටිනවා.

ඊළඟට මොකද වෙන්නේ: සිලිකන් ආක්‍රමණය

හාඩ්වෙයාර් supply chain එකේ විශාල වෙනසක ආරම්භය අපි මේ දකින්නේ. මේ resonators හදන්නේ සිලිකන් වලින් නිසා, මේවා අපේ කොම්පියුටර් ප්‍රොසෙසර් හදන foundry වලම හදන්න පුළුවන්. ඒ නිසා නිෂ්පාදන පිරිවැය (cost) විශාල ලෙස අඩු වෙනවා.

නුදුරු අනාගතයේදීම, ඔබේ ස්මාර්ට් ෆෝන් එක, ඔබේ වාහනයේ රේඩාර් පද්ධතිය සහ අහසේ යන සැටලයිට් මේ හැම එකක්ම ක්‍රියාත්මක වෙන්නේ එකම "heartbeat" එකකින් වෙන්න පුළුවන්. ලැබොරටරි මට්ටමේ ඉහළ නිරවද්‍යතාවයක් ඔබේ සාක්කුවේ තියෙන ෆෝන් එකේ සාමාන්‍ය ෆීචර් එකක් බවට පත්වන ලෝකයකටයි අපි මේ යන්නේ.

මේ doped silicon resonators වාණිජමය වශයෙන් වෙළඳපොළට ගේන්න පෙරමුණ ගන්නා සමාගම් ගැන මම හොයලා බලන්නද?