بحسب ال المجتمع الفني لـ IEEE IRDS، يتم استخدام أكثر من 100 مليار دائرة متكاملة يوميًا على المستوى الدولي. يستمر الطلب على الدوائر المتكاملة في النمو إلى حد كبير بسبب التقدم في الأسواق سريعة النمو للذكاء الاصطناعي والمركبات ذاتية القيادة وإنترنت الأشياء (IoT).
وحتى الآن، تمكنت صناعة أشباه الموصلات من بناء أجهزة متكاملة قوية على نحو متزايد، الأمر الذي سمح للإبداعات الإلكترونية بالتطور بمعدل مذهل. ولكن هل يمكن الحفاظ على هذا التقدم، أم أن التباطؤ أمر لا مفر منه؟
تطورات واعدة
ستواصل شركات أشباه الموصلات العمل نحو تحقيق قدر أكبر من كفاءة طاقة الرقائق بالإضافة إلى تطوير شرائح الذكاء الاصطناعي المصممة لتطبيقات محددة، كما يتوقع سيد علام، القائد العالمي لأشباه الموصلات في شركة أكسنتشر لاستشارات الأعمال، في مقابلة عبر البريد الإلكتروني. ويشير إلى أن “مثل هذه الرقائق ستسمح بمعالجة أكثر كفاءة للمهام المتعلقة بالذكاء الاصطناعي”.
ويضيف علام أن التقدم في شريحة صغيرة التصميم والفتحة العددية العالية للطباعة الحجرية فوق البنفسجية القصوى (ارتفاع NA EUV) سيساهم أيضًا في استمرار النجاح في جعل أشباه الموصلات أصغر حجمًا من أي وقت مضى.
من المرجح أن تشهد صناعة أشباه الموصلات العديد من التطورات في السنوات المقبلة حيث تسعى جاهدة لتحقيق هدفها المتمثل في الوصول إلى إيرادات بقيمة تريليون دولار بحلول عام 2030، كما يتوقع واين ريكارد، الرئيس التنفيذي لشركة مواد وعمليات الجيل التالي Terecircuits، عبر البريد الإلكتروني. ويلاحظ أن الاتجاه المهم هو استمرار تصغير المكونات، حيث يدفع المنتجون الحدود الحالية لتطوير عمليات تصنيع أصغر وأكثر تقدمًا.
على سبيل المثال، حققت شركة TSMC، ومقرها تايوان، عملية تبلغ 2 نانومتر، ودخلت نطاق الأنجستروم واقتربت من حجم ذرة السيليكون، كما يوضح ريكارد. ويقول: “ومع ذلك، فإن تناقص العائدات وزيادة التكاليف المرتبطة ببناء المصانع في مثل هذه العقد الصغيرة أصبحت واضحة”. ولمواجهة هذا التحدي، تستكشف صناعة أشباه الموصلات أساليب بديلة للتصميم والتصنيع. “تتضمن إحدى الاستراتيجيات الرئيسية تصنيف الوظائف، مع إدراك أنه ليس من الضروري أن تكون جميع المكونات على أحدث وأصغر عقدة عملية لتحقيق الأداء الأمثل.”
يؤدي تخصص الأجهزة أيضًا إلى إحداث تحول في صناعة أشباه الموصلات. يقول بيت هازن، نائب رئيس وحدة أعمال حلول مركز البيانات بشركة Microchip Technology في مقابلة عبر البريد الإلكتروني: “يتضمن ذلك مكونات المعالجة، مثل وحدات المعالجة المركزية (CPUs) ووحدات معالجة الرسومات (GPU) ووحدات TPU”. “نتوقع أيضًا أن نرى تطورات في الأساليب المختلفة لتوليد الطاقة، من خلال استخدام مواد مثل كربيد السيليكون ونيتريد الغاليوم.”
يقول هازن إن التقدم الواعد الآخر هو الأنظمة متعددة المكونات، المصممة لتطبيقات مثل الحوسبة غير المتجانسة، والأنظمة التي تستخدم أكثر من نوع واحد من المعالجات أو النواة. “نتوقع أساليب جديدة، على سبيل المثال، مع Universal Chiplet Interconnect Express المعيار، لتمكين زيادة الوحدات النمطية والتخصيص وقابلية التوسع. “سنشهد أيضًا تنفيذ معايير جديدة لدفع التحسينات المستمرة في زمن الوصول وعرض النطاق الترددي، بالإضافة إلى زيادة الكفاءة من خلال تصنيف الذاكرة، مثل استخدام حساب الارتباط السريع مواصفات (CXL) لمراكز البيانات.
كسر قانون مور
قانون مور، الذي افترضه جوردون مور، المؤسس المشارك لشركة إنتل، في مقال نشر في مجلة الإلكترونيات (19 أبريل 1965)، هو ملاحظة أن عدد الترانزستورات في الدائرة المتكاملة سوف يتضاعف كل عامين تقريبًا.
يقول ريكارد إن النقاشات المحيطة بالزوال المحتمل لقانون مور تكتسب زخمًا، خاصة مع تضاؤل تأثيرات قياس الترانزستور. ويشير إلى أن “العديد من خبراء الصناعة يتوقعون حدوث تحول في المسار التقليدي لقانون مور، وليس بالضرورة نهايته الكاملة”. “إن الفوائد الإضافية المستمدة تقليديًا من قياس الترانزستور تتضاءل، مما يدفع إلى إعادة تقييم أساليب أشباه الموصلات.”
ويعتقد علم أن قانون مور، على الأقل بمعناه التقليدي المتمثل في انكماش القالب، قد يقترب من حدوده المادية خلال السنوات الثماني إلى الاثنتي عشرة القادمة. “لكننا نواصل حاليًا اتباع قانون مور بالمعنى الأوسع، وذلك باستخدام الشرائح الصغيرة والتعبئة المتقدمة لتحسين أداء الطاقة.”
افكار اخيرة
صناعة أجهزة أشباه الموصلات تمر بنقطة انعطاف، كما يقول ديب جاريوالا، أستاذ الهندسة المساعد في جامعة بنسلفانيا، في مقابلة عبر البريد الإلكتروني. “تحدث نقاط التحول هذه عادةً عندما يحاول الجهاز أو البرنامج التغلب على الآخر كمحرك للصناعة.”
وبالنظر إلى المستقبل، يعتقد جاريوالا أن برامج الذكاء الاصطناعي الأكثر تقدمًا ستكون محدودة بالأجهزة الحالية. يقول: “حتى لو قمت بإنشاء نموذج LLM أو الذكاء الاصطناعي الأكثر روعة وترميزه، إذا لم يكن لديك الأجهزة المناسبة – حظًا سعيدًا في تشغيله”.
يقول جاريوالا إن العقد أو العقدين المقبلين سيكونان مثيرين للغاية، وربما لا يمكن التنبؤ بهما في بعض النواحي. ويضيف: “نحن نعلم على وجه اليقين أن أشباه الموصلات ستظل هي التكنولوجيا المهيمنة على أجهزة الحوسبة، ولكن السيليكون قد لا يظل أشباه الموصلات الوحيدة في السوق”. “وبالمثل، يمكن إضافة نكهات جديدة مختلفة إلى الأجهزة الإلكترونية السيليكونية القياسية، مثل الرقائق الضوئية، والرقائق العصبية، والحوسبة في رقائق الذاكرة، وما إلى ذلك.”
