في عام ١٩٦٥، صاغ غوردون مور، المؤسس المشارك لشركة إنتل، ما أصبح يُعرف بـ"قانون مور". وقد ساهم هذا القانون، لأكثر من نصف قرن، في تحقيق مكاسب مطردة في أداء الدوائر المتكاملة (IC) وانخفاض تكاليفها، وهو أساس التكنولوجيا الرقمية الحديثة. باختصار، يتضاعف عدد الترانزستورات على الشريحة تقريبًا كل عامين.
لسنوات، سار التقدم على نفس النهج. الآن، تتغير الصورة. أصبح تقليص حجم الأجزاء أكثر صعوبة؛ إذ انخفضت أحجام الميزات إلى بضعة نانومترات فقط. يواجه المهندسون قيودًا فيزيائية، وخطوات عملية أكثر تعقيدًا، وتكاليف متزايدة. كما أن الأشكال الهندسية الأصغر تُقلل من الإنتاجية، مما يُصعّب الإنتاج بكميات كبيرة. يتطلب بناء وتشغيل مصنع متطور رأس مال وخبرة هائلة. لذلك، يُجادل الكثيرون بأن قانون مور يفقد زخمه.
لقد فتح هذا التحول الباب أمام نهج جديد: الشرائح الصغيرة.
الشريحة الصغيرة هي قالب صغير يؤدي وظيفة محددة، وهي في الأساس شريحة مما كان في السابق شريحة واحدة متجانسة. بدمج عدة شرائح صغيرة في حزمة واحدة، يمكن للمصنعين تجميع نظام كامل.
في عصر التصنيع المتجانس، كانت جميع الوظائف تعتمد على قالب واحد كبير، لذا فإن أي عيب في أي جزء من أجزاء الشريحة قد يُتلف الشريحة بأكملها. أما مع الشرائح الصغيرة، فتُبنى الأنظمة من "قالب معروف الجودة" (KGD)، مما يُحسّن الإنتاجية وكفاءة التصنيع بشكل كبير.
التكامل غير المتجانس - أي دمج قوالب مبنية على عقد عمليات مختلفة ولوظائف مختلفة - يجعل الشرائح الصغيرة (Chipslets) قوية بشكل خاص. تستطيع وحدات الحوسبة عالية الأداء استخدام أحدث العقد، بينما تعتمد دوائر الذاكرة والدوائر التناظرية على تقنيات متطورة وفعالة من حيث التكلفة. والنتيجة: أداء أعلى بتكلفة أقل.
تُولي صناعة السيارات اهتمامًا خاصًا. تستخدم كبرى شركات صناعة السيارات هذه التقنيات لتطوير أنظمة SoC مستقبلية داخل المركبات، مع استهداف اعتمادها على نطاق واسع بعد عام 2030. تُمكّنها الشرائح الصغيرة من توسيع نطاق الذكاء الاصطناعي والرسومات بكفاءة أكبر مع تحسين الإنتاجية، مما يُعزز الأداء والوظائف في أشباه الموصلات الخاصة بالسيارات.
يجب أن تستوفي بعض قطع غيار السيارات معايير السلامة الوظيفية الصارمة، وبالتالي تعتمد على عُقد قديمة ومُجرّبة. في الوقت نفسه، تتطلب الأنظمة الحديثة، مثل أنظمة مساعدة السائق المتقدمة (ADAS) والمركبات المُعرّفة برمجيًا (SDVs)، قدرات حوسبة أكبر بكثير. تُسدّ الشرائح الصغيرة هذه الفجوة: من خلال الجمع بين وحدات تحكم دقيقة عالية الجودة، وذاكرة كبيرة، ومُسرّعات ذكاء اصطناعي قوية، يُمكن للمُصنّعين تصميم أنظمة على رقاقة (SoCs) لتلبية احتياجات كل شركة سيارات بشكل أسرع.
تتجاوز هذه المزايا قطاع السيارات. تنتشر بنى الشرائح الإلكترونية في مجالات الذكاء الاصطناعي والاتصالات وغيرها، مما يُسرّع الابتكار في مختلف الصناعات، ويُصبح بسرعة ركيزة أساسية في خارطة طريق أشباه الموصلات.
يعتمد تكامل الشرائح على توصيلات مدمجة وعالية السرعة بين الشرائح. العنصر الرئيسي هو الوسيط - طبقة وسيطة، غالبًا ما تكون من السيليكون، أسفل الشرائح، تُمرّر الإشارات بشكل أشبه بلوحة دوائر كهربائية صغيرة. وجود وسيط أفضل يعني اقترانًا أوثق وتبادلًا أسرع للإشارات.
يُحسّن التغليف المتطور أيضًا توصيل الطاقة. تُوفر المصفوفات الكثيفة من الوصلات المعدنية الدقيقة بين القوالب مساراتٍ واسعةً للتيار والبيانات حتى في المساحات الضيقة، مما يُتيح نقلًا عالي النطاق الترددي مع الاستخدام الأمثل لمساحة التغليف المحدودة.
النهج السائد اليوم هو التكامل ثنائي الأبعاد ونصف: وضع عدة قوالب جنبًا إلى جنب على وسيط. الخطوة التالية هي التكامل ثلاثي الأبعاد، الذي يُكدس القوالب عموديًا باستخدام فتحات السيليكون (TSVs) لتحقيق كثافة أعلى.
يُنتج الجمع بين تصميم الرقاقة المعيارية (الذي يفصل بين الوظائف وأنواع الدوائر) والتكديس ثلاثي الأبعاد أشباه موصلات أسرع وأصغر حجمًا وأكثر كفاءة في استهلاك الطاقة. يُوفر تجميع الذاكرة والحوسبة نطاقًا تردديًا هائلاً لمجموعات البيانات الضخمة، وهو مثالي للذكاء الاصطناعي وأحمال العمل عالية الأداء الأخرى.
مع ذلك، يُثير التكديس العمودي تحديات. فالحرارة تتراكم بسهولة أكبر، مما يُعقّد الإدارة الحرارية والإنتاجية. ولمعالجة هذه المشكلة، يُطوّر الباحثون أساليب تغليف جديدة للتعامل بشكل أفضل مع القيود الحرارية. ومع ذلك، لا يزال الزخم قويًا: إذ يُنظر إلى التقارب بين الشرائح والتكامل ثلاثي الأبعاد على نطاق واسع على أنه نموذج مُبتكر، مُهيأ لمواصلة العمل من حيث انتهى قانون مور.
وقت النشر: ١٥ أكتوبر ٢٠٢٥