في عام 1965، صاغ غوردون مور، أحد مؤسسي شركة إنتل، ما أصبح يُعرف بـ"قانون مور". ولأكثر من نصف قرن، شكّل هذا القانون أساسًا للتحسينات المطردة في أداء الدوائر المتكاملة وانخفاض تكاليفها، وهو ما يُعدّ حجر الزاوية في التكنولوجيا الرقمية الحديثة. باختصار: يتضاعف عدد الترانزستورات على الشريحة تقريبًا كل عامين.
لسنوات، سار التقدم على هذا المنوال. أما الآن، فالوضع يتغير. فقد بات تصغير الأبعاد أكثر صعوبة؛ إذ انخفضت أحجام المكونات إلى بضعة نانومترات فقط. ويواجه المهندسون قيودًا فيزيائية، وخطوات معالجة أكثر تعقيدًا، وتكاليف متزايدة. كما أن صغر حجم المكونات يقلل من الإنتاجية، مما يجعل الإنتاج بكميات كبيرة أكثر صعوبة. ويتطلب بناء وتشغيل مصنع متطور رأس مال هائل وخبرة واسعة. ولذلك، يرى كثيرون أن قانون مور يفقد زخمه.
وقد فتح هذا التحول الباب أمام نهج جديد: رقائق صغيرة.
الشريحة الصغيرة عبارة عن رقاقة صغيرة تؤدي وظيفة محددة، وهي في الأساس جزء مما كان في السابق شريحة متكاملة. ومن خلال دمج عدة شرائح صغيرة في عبوة واحدة، يمكن للمصنعين تجميع نظام كامل.
في عصر الرقاقات المتكاملة، كانت جميع الوظائف موجودة على شريحة واحدة كبيرة، لذا فإن أي عيب في أي مكان فيها كان كفيلاً بإتلاف الشريحة بأكملها. أما مع الرقاقات الصغيرة، فتُبنى الأنظمة من "رقاقات سليمة معروفة" (KGD)، مما يُحسّن الإنتاجية وكفاءة التصنيع بشكل كبير.
يُضفي التكامل غير المتجانس - الذي يجمع بين رقائق مصممة على تقنيات تصنيع مختلفة ولوظائف متنوعة - قوةً استثنائية على الرقاقات الصغيرة. إذ يمكن لوحدات الحوسبة عالية الأداء استخدام أحدث التقنيات، بينما تبقى الذاكرة والدوائر التناظرية على تقنيات ناضجة وفعّالة من حيث التكلفة. والنتيجة: أداء أعلى بتكلفة أقل.
تُبدي صناعة السيارات اهتماماً خاصاً بهذه التقنيات. إذ تستخدم كبرى شركات تصنيع السيارات هذه التقنيات لتطوير أنظمة على رقاقة (SoC) مستقبلية للسيارات، مع استهداف اعتمادها على نطاق واسع بعد عام 2030. وتتيح هذه التقنيات للرقاقات الصغيرة (Chiples) توسيع نطاق الذكاء الاصطناعي والرسومات بكفاءة أكبر مع تحسين الإنتاجية، مما يعزز الأداء والوظائف في أشباه موصلات السيارات.
تتطلب بعض أجزاء السيارات استيفاء معايير صارمة للسلامة الوظيفية، وبالتالي تعتمد على تقنيات قديمة وموثوقة. في المقابل، تتطلب الأنظمة الحديثة، مثل أنظمة مساعدة السائق المتقدمة (ADAS) والمركبات ذاتية القيادة (SDVs)، قدرة حاسوبية أكبر بكثير. تسد الرقاقات الصغيرة هذه الفجوة: فمن خلال الجمع بين وحدات تحكم دقيقة عالية الأمان، وذاكرة كبيرة، ومسرعات ذكاء اصطناعي قوية، يستطيع المصنّعون تصميم أنظمة على رقاقة (SoCs) لتلبية احتياجات كل شركة سيارات على حدة، وبسرعة أكبر.
لا تقتصر هذه المزايا على السيارات فحسب، بل تمتد لتشمل مجالات أخرى مثل الذكاء الاصطناعي والاتصالات وغيرها، مما يسرع وتيرة الابتكار في مختلف الصناعات ويصبح بسرعة ركيزة أساسية في خارطة طريق أشباه الموصلات.
يعتمد دمج الرقاقات الصغيرة على وصلات دقيقة وعالية السرعة بين الرقاقات. ويُعدّ المُوَصِّل الوسيط (الطبقة البينية) العنصرَ الأساسي في هذه العملية، وهو طبقة وسيطة، غالباً ما تكون من السيليكون، تقع أسفل الرقاقات وتُوَجِّه الإشارات كما تفعل لوحة الدوائر الصغيرة. وتؤدي الوصلات البينية الأفضل إلى اقترانٍ أقوى وتبادلٍ أسرع للإشارات.
كما تعمل تقنيات التغليف المتقدمة على تحسين توصيل الطاقة. توفر المصفوفات الكثيفة من الوصلات المعدنية الدقيقة بين الرقاقات مسارات واسعة للتيار والبيانات حتى في المساحات الضيقة، مما يتيح نقل البيانات بنطاق ترددي عالٍ مع الاستخدام الأمثل لمساحة التغليف المحدودة.
النهج السائد اليوم هو التكامل ثنائي الأبعاد ونصف: وضع رقائق متعددة جنبًا إلى جنب على طبقة وسيطة. أما الخطوة التالية فهي التكامل ثلاثي الأبعاد، الذي يكدس الرقائق عموديًا باستخدام وصلات السيليكون الرأسية (TSVs) لتحقيق كثافة أعلى.
يؤدي الجمع بين تصميم الرقائق المعياري (فصل الوظائف وأنواع الدوائر) والتكديس ثلاثي الأبعاد إلى إنتاج أشباه موصلات أسرع وأصغر حجمًا وأكثر كفاءة في استهلاك الطاقة. كما يوفر وضع الذاكرة والحوسبة معًا نطاقًا تردديًا هائلاً لمجموعات البيانات الكبيرة، وهو مثالي لتطبيقات الذكاء الاصطناعي وغيرها من أحمال العمل عالية الأداء.
مع ذلك، يطرح التراص العمودي تحدياتٍ عديدة، إذ تتراكم الحرارة بسرعة أكبر، مما يُعقّد إدارة الحرارة ويؤثر سلبًا على الإنتاجية. ولمعالجة هذه المشكلة، يعمل الباحثون على تطوير أساليب تغليف جديدة لتحسين التعامل مع القيود الحرارية. ومع ذلك، فإن الزخم قوي: يُنظر إلى تقارب الرقائق الصغيرة والتكامل ثلاثي الأبعاد على نطاق واسع باعتباره نموذجًا ثوريًا، مُهيأً لمواصلة مسيرة التطور التي بدأها قانون مور.
تاريخ النشر: 15 أكتوبر 2025