على مدار الـ60 عامًا الماضية، كان قطاع أشباه الموصلات يدفع التقدم من خلال تقليل حجم الترانزستورات (قانون مور)، مما يجعلها أصغر وأكثر كثافة وأقل تكلفة.
لكن الآن لا يمكن المضي قدمًا في هذا الطريق:
- انهيار كبير في العوائد بفضل عمليات أقل من 7 نانومتر
- تكلفة آلات التعرض الضوئي باهظة جدًا
- تكلفة تصميم شريحة واحدة بعملية تصنيع متقدمة تتجاوز 1 مليار دولار أمريكي
- تكلفة الترانزستور الواحد ارتفعت بدلاً من الانخفاض
فريق شيبواي لهواوي استخدم 6 سنوات و381 شريحة إنتاجية للتحقق من اتجاه جديد:
لا تُقارن بالحجم، بل قارن بالوقت.
اقتراح نظرية τ التحجيم (τ Scaling):
اعتبر "الوقت" مؤشرًا رئيسيًا للتحسين، وقلّل وقت الميزة τ عبر كامل السلسلة، من تشغيل الترانزستورات (بيكوثانية) إلى مهام مركز البيانات (ثانية)، وتغطية 12 مرتبة من الحجم.
ببساطة:
سابقًا، كان المقارنة على من يكون أصغر، والآن على من يكون أسرع، وأقل تأخيرًا، وأعلى كفاءة.
ما هو τ Scaling بالضبط؟
τ هو التأخير / الثابت الزمني لكل طبقة، مقسم إلى أربع طبقات:
- Transistor: Switching Speed
- الدائرة: تأخير نقل الإشارة
- الرقاقة: زمن الحساب والوصول إلى الذاكرة
- النظام: مزامنة وقت الاتصال من طرف إلى طرف
الهدف هو ضغط τ معًا عبر جميع الطبقات: الهندسة، الدوائر، البنية، والنظام، باستخدام نفس المعايير للتحسين، بدلاً من العمل بشكل منفصل.
ثانيًا: تطبيق الجوال: LogicFolding (الطي المنطقي)
بدون ترقية العملية، قم بتكدس الرقائق رأسياً، واستخدم ربطاً مختلطاً فائق الدقة لتوزيع المسارات الحيوية على طبقات متعددة، كأنك تضيف طوابق للرقاقة.
- كثافة الترانزستورات: ارتفعت من 155 إلى 238 مليونًا لكل مليمتر مربع، بزيادة قدرها 55%
- الكفاءة الطاقية: ارتفاع 41%، وزيادة التردد الأساسي بنحو 13%
- SRAM التردد: ارتفع بأكثر من 40%
- 麒麟 يصل إلى تردد 3.1 جيجا هرتز في 2026، وهدفه 4 جيجا هرتز في 2029
ثالثًا: تنفيذ مركز بيانات الذكاء الاصطناعي: تقليل التأخير عبر السلسلة الكاملة
80% من استهلاك الطاقة و70% من التكلفة في تجمعات الذكاء الاصطناعي تتعلق بنقل البيانات، والمحور الأساسي هو تقليل وقت الاتصال.
الخط الموحّد (Unified Bus)
تم إزالة طبقات البروتوكول المتعددة، وخفض تأخير الوصول عن بُعد من بضعة عشرات من الميكروثانية إلى حوالي 100 نانوثانية، أي أسرع بـ 500 مرة.
2. Hi-ONE الضوئي
وحدة واحدة 8 تيرابايت/ثانية، استبدال الكابل النحاسي بالألياف البصرية، توسيع المسافة من 1 متر إلى 100 متر، متوافق مع مجموعات وحدات الـ 10,000.
3. طي ثلاثي الأبعاد
حل مشكلة تضخم مساحة التغليف 2.5D وتأخر الواجهات، من خلال نقل الذاكرة، والتغذية الكهربائية، ومنافذ الضوء إلى السطح العمودي، وتوسيعها بالتوازي مع قوة الحوسبة.
- توقع: تحسين تكامل أجهزة الذكاء الاصطناعي بنسبة تزيد عن 100 مرة بحلول عام 2035
رابعًا: إعادة دمج المنطق والذاكرة
في السنوات الأولى، تطورت وحدات المعالجة المركزية والذاكرة بشكل منفصل، لكن في عصر الذكاء الاصطناعي، أصبح نقل البيانات أكثر أهمية من الحساب، ويجب دمج الذاكرة والمنطق بشكل وثيق عبر التكامل ثلاثي الأبعاد، مما يحول ميزان القوة في سلسلة التوريد نحو الذاكرة والتعبئة.
خامساً: التحديات المتبقية
- يجب أن تتوافق أدوات EDA مع تصميمات التكديس ثلاثية الأبعاد
- يجب تحسين الفروق في العمليات بين الألواح وفقدان التوصيل العمودي.
- للمطابقة مع معايير الكفاءة الطاقية والمرجعية الجديدة
الاستنتاج
انتهت عصر الأبعاد لقانون مور، وبدأ عصر تقليل الوقت.
لا تحتاج إلى التمسك بآلات التصنيع الضوئي الأكثر تقدمًا؛ يمكنك تحسين الأداء والكفاءة باستمرار من خلال التكديس ثلاثي الأبعاد وهندسة النظام وتحسين الاتصال.
هذا سيكون المسار الأساسي للأشباه الموصلات في العقد القادم.