APPLE M5 CHIP का 1 बड़ा रहस्य: 3NM TRANSISTOR असल में कितना छोटा है?

सोचो ज़रा, इतने छोटे device में जो आपके pocket में फिट हो जाता है, उसमें अरबों transistors कैसे आ जाते हैं? इन सब को इतना densely packed कैसे किया जाता है? चलो, आज हम इसी scale को समझने की कोशिश करते हैं। इस video को बनाने में कोई generative AI इस्तेमाल नहीं हुआ है, बस बहुत सारा Blender का कमाल है।

100 गुना छोटे होकर देखो!

चलिए जानते हैं कि ये सब कैसे मुमकिन है। मैं हर बार जब अपनी उंगलियां snap करूंगा, तो मैं 100 गुना छोटा हो जाऊंगा। ये बहुत बड़ी बात है, दो orders of magnitude का फर्क। मैं अभी लगभग 2 meter लंबा हूँ। आप मुझे अपने सामने कमरे में खड़ा imagine कर सकते हो। हमारे gadgets जो हम रोज़ इस्तेमाल करते हैं, वो हमारी हथेली में आ जाते हैं। लेकिन अगर मैं 100 गुना छोटा हो जाऊं तो क्या होगा?

और सुनो, अब मैं आपके keyboard पर एक single key के size का हूँ। scale को सही से समझने के लिए एक banana भी है। इस size पर मैं MacBook Pro के keyboard deck पर आराम से चल सकता हूँ, जो अब एक apartment building जितना बड़ा है। मैं अभी से ही इन components की complexity को appreciate कर पा रहा हूँ। RAM और storage तो सालों से ही बहुत छोटे हैं, और हमारे पास 8 terabytes storage है। M5 chip यहीं कहीं पूरे system को power कर रहा होगा।

असल में बात ये है कि 1948 में एक single transistor का size इतना बड़ा था। हमने पिछले 75 सालों में बहुत progress की है। पहले computers एक पूरे room के size के होते थे। ये बात बहुत अहम है कि technology सिर्फ उन लोगों की वजह से बेहतर होती है जो इस पर बहुत मेहनत करते हैं। बिना इस मेहनत के, ये improvement मुमकिन नहीं है। लेकिन क्योंकि हमारे पास इतने brilliant minds computers पर ध्यान कर रहे हैं, इसलिए हमारे पास Moore’s law जैसी चीज़ें हैं, जिसके बारे में आपने ज़रूर सुना होगा। Moore’s law कहता है कि एक microchip पर transistors की संख्या हर 2 साल में लगभग double हो जाती है। semiconductor industry की शुरुआत से ही ये बात सच साबित हुई है।

Micrometer की दुनिया और Moore’s Law का जादू

Wow, micrometer के scale में आपका स्वागत है। अब मैं 200 micrometer लंबा हूँ, जो एक इंसान के बाल की मोटाई से लगभग दुगना है। ये पहले से ही कुछ सबसे छोटी चीज़ों का size है जिन्हें हम अपनी आंखों से देख पाते हैं। एक आम paper sheet लगभग 100 micrometer thick होती है। ये मुझे बहुत लंबी लगती है। एक glass screen protector भी बहुत से लोगों की सोच से ज़्यादा thick होता है। लेकिन सबसे चौंकाने वाली बात ये है कि जिस पहले transistor के बारे में मैंने आपको बताया था, वो अब मेरे मुकाबले दुनिया की सबसे ऊंची building जितना ऊंचा है।

मेरे बगल में अब 1968 का एक transistor है, 20 साल बाद का। Moore’s law के मुताबिक, इतने समय में transistors की संख्या 10 गुना double हो जानी चाहिए थी, जिसका मतलब है कि उन्होंने transistor के size को 10 बार आधा कर दिया है। 1968 में computers अभी भी मुख्य रूप से governments और research labs इस्तेमाल करती थीं, और वे अभी भी rooms के size के होते थे और उनकी कीमत लाखों dollars होती थी। ये अभी internet से पहले का समय था, लेकिन वे semiconductors के शुरुआती दिनों से ही इतनी दूर आ चुके थे। ये wild है!

Invisible दुनिया में 3nm Transistor

चलो, एक और 100x shrink। अब ये ridiculous होता जा रहा है। मैं अब 2 micrometers लंबा हूँ। इस point पर मैं सचमुच इंसान की आंख से invisible हूँ, जो एक superpower जैसा लगता है। लेकिन मुझे बहुत careful भी रहना होगा क्योंकि एक इंसान का बाल एक 25-story building जितनी ऊंची cliff जैसा है। इस scale पर एक single grain of rice, Mount Rainier जितना बड़ा होगा। मैं एक vinyl record के एक single groove के अंदर आराम से रह सकता हूँ, और 1 millimeter पानी की बूंद एक massive lake जैसी महसूस होगी। ये वो scale है जहाँ bacteria रहते हैं।

ये मज़ेदार है क्योंकि physics भी इस scale पर अजीब तरह से behave करना शुरू कर देती है। Air molecules, उदाहरण के लिए, इन tiny lungs के लिए सांस लेने के लिए बहुत बड़े होते हैं। और visible light की wavelength भी मेरे जितनी लंबी है। तो मेरी tiny eyes सब कुछ ठीक से नहीं देख पाएंगी, और दुनिया थोड़ी blurry और wavy लगेगी। लेकिन किसी तरह 1980 के दशक तक, इंसानों ने इस size पर functional electronics को लगातार manufacture करने का तरीका ढूंढ लिया था। Moore’s law हमारे computers में semiconductors में dramatic और consistent improvements देखता रहा। तो 2003 तक, हमारे पास जो computers थे, वे आज के जैसे दिखने लगे थे। Laptops mainstream हो रहे थे, Wi-Fi एक standard था, Windows XP सबसे ज़्यादा इस्तेमाल होने वाला desktop operating system था। अच्छा times!

लेकिन अगर आप मानना कर सकते हो, तो हमें फिर से 100x shrink होना होगा। Okay, 20 nanometer। मैं अब 20 nanometer लंबा हूँ। तो एक brand new 2026 M5 MacBook Pro का एक individual transistor मेरे लिए एक garage के size का है। मैं ये बता दूं कि ये 100% accurate नहीं होगा क्योंकि Apple अपनी exact chip architecture को YouTube video बनाने वाले के साथ साझा करो नहीं करेगा। लेकिन फिर भी, इसके सबसे छोटे parts मुझसे भी छोटे हैं। इस scale पर आप individual atoms को देख सकते हो, जो marbles के size के होते हैं।

ज़ाहिर है, या शायद ज़ाहिर नहीं है, लेकिन 3nm transistors इस size के सिर्फ ऐसे ही नहीं बनाए जाते जैसे आप उम्मीद कर रहे होंगे। इसके लिए एक बहुत refined manufacturing प्रक्रिया है जिसे photolithography कहते हैं। असल में, ये microscope के ज़रिए light को atoms पर project करके photo develop करने जैसा है, film पर नहीं। और इसी तरह आपके पास एक computer में अरबों transistors होते हैं जिसे आप अपनी lap पर रख सकते हो।

देखो बात ये है कि मुझे नहीं पता कि Moore’s law semiconductors पर कब तक लागू हो पाएगा क्योंकि वे literal atomic level तक पहुंच रहे हैं, लेकिन मैं इसे appreciate ज़रूर करना चाहता हूँ जब तक ये हो रहा है। appreciate करने की बात करें तो, Epic Spaceman, मेरे favorite creators में से एक हैं और इस video में उन्होंने बहुत मदद की है।

Epic Spaceman का कहना है: “Marcus, हाँ, ये सच में बहुत incredible है। जब आप उन पर खड़े भी हो सकते हो, तब भी मैं ये समझने में struggle करता हूँ कि यहाँ कितने transistors हैं, ये तो सिर्फ एक छोटा सा cutout section है। पूरा chip इससे 32,000 गुना बड़ा है।”

तो हाँ, मेरे दिमाग के लिए ये सब appreciate करने का सबसे अच्छा तरीका रहा है कि इस scale को visualize किया जाए, आज के computers में मौजूद सबसे tiny 3 nanometer transistors से लेकर DNA और individual atoms के scale तक, और फिर micrometer scale तक, जिसमें 2000s, 90s और 80s के computers थे। इंसानियत इतने सालों से इस चीज़ को इतने ridiculously small scale तक लाने के लिए motivated रही है कि एक grain of rice भी एक massive object जैसा लगता है। और फिर भी ये चलता जा रहा है, शुरुआती transistors तक, जो एक deck of cards के size के थे।

अगर Transistors बड़े होते तो?

एक और चीज़ जो मैंने समझना की है, वो ये है कि हमने scale और चीज़ें कितनी tiny हो सकती हैं, ये सब देख लिया है, लेकिन कभी-कभी nanometers और picometers को sort करना और इसे पूरी तरह से comprehend करना मुश्किल हो सकता है। और कभी-कभी चीज़ों को छोटा करने के बजाय बड़ा करना आसान होता है। तो, चलो इसे try करते हैं।

दुनिया का पहला electronic computer अक्सर Eniac को माना जाता है। उन्होंने इसे 1946 में finish किया था और इसमें light bulb के size के vacuum tubes थे जिन्हें triodes कहा जाता था। और ज़ाहिर है, वो computer एक पूरे room के size का था। लेकिन अगर हम आज भी ऐसे ही computers बनाते, जिनमें transistors इतने बड़े होते, तो आपको क्या लगता है कि iPhone को आज के 19 billion transistors फिट करने के लिए कितना बड़ा होना पड़ता? सोचो ज़रा। शायद एक city block के size का। या फिर Central Park के पूरे size का? याद रखो, आपको इन अरबों transistors को फिट करना है। क्या ये crazy नहीं होगा अगर हम Manhattan city के size के phone की equivalent technology लेकर चलते?

असल में बात ये है कि ये सब अभी भी बहुत छोटे हैं। 80 साल पहले की technology वाला आपका phone उन सभी को फिट करने के लिए New Jersey state के size का होना पड़ता। technology की इस progress ने हमें एक US state के size का computer दिया है, 270 mile लंबा, और उसे हमारे pockets में फिट होने जितना छोटा कर दिया है। मैं आपको एक और बेहतर बात बताता हूँ। अगर एक modern transistor लगभग एक Toyota Prius के size का होता, तो वो iPhone जिसमें ये सब फिट होते हैं, वो लगभग planet Earth के size का होता।

तो उम्मीद है कि इससे आपको ये idea मिल गया होगा कि computers की शुरुआत से ही individual transistors कितने ridiculously small हो गए हैं। ये numbers crazy हैं और कभी-कभी जब आप उन्हें keynote slide पर दो second के लिए flash होते देखते हो तो appreciate करना मुश्किल होता है। तो उम्मीद है कि इससे आपको बेहतर idea मिला होगा। सबसे crazy बात ये है कि cosmos के scale में, ये अभी भी लगभग कुछ भी नहीं है। हमारी Milky Way में अकेले 100 billion से ज़्यादा stars हैं और फिर हमारे observable universe में सैकड़ों billion galaxies हैं। तो ये सब बहुत crazy है।

अगर आप इस तरह के incredible scale पर और videos देखना चाहते हो, तो Epic Spaceman channel ज़रूर check करो। उनके हाल के videos इस video को बनाने की 100% inspiration थे। और असल में, उनका latest video ये बताता है कि ये transistors असल में कैसे काम करते हैं, जो इस scale पर अपने आप में incredible है। वहाँ subscribe करो। अगर आपने नहीं किया तो आप बहुत कुछ miss कर दोगे। देखने के लिए धन्यवाद। अगले में मिलते हैं। Peace.

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