التدابير الصارمة اللازمة لتوسيع نطاق الرقائق

قبل خمسين عامًا، ابتكر روبرت دينارد، مخترع ذاكرة الوصول العشوائي الديناميكية (DRAM) والحاصل على وسام الشرف من معهد مهندسي الكهرباء والإلكترونيات (IEEE)، ما أصبح أساسًا مسار صناعة أشباه الموصلات لزيادة كثافة الترانزستور وأداء الرقائق بشكل دائم. أصبح هذا المسار معروفًا باسم مقياس دينارد، وقد ساعد في تدوين فرضية جوردون مور حول تقلص أبعاد الجهاز بمقدار النصف كل 18 إلى 24 شهرًا. لقد أرغمت المهندسين لعقود من الزمن على تجاوز الحدود المادية لأجهزة أشباه الموصلات.

ولكن في منتصف العقد الأول من القرن الحادي والعشرين، عندما بدأ تحجيم Dennard في النفاد، كان على صانعي الرقائق اللجوء إلى حلول غريبة مثل أنظمة الطباعة الحجرية فوق البنفسجية القصوى (EUV) لمحاولة الحفاظ على وتيرة قانون مور. في زيارة إلى GlobalFoundries في مالطا، نيويورك، في عام 2017 لرؤية الشركة تقوم بتثبيت أول نظام للأشعة فوق البنفسجية، سأل كبير المحررين صامويل ك. مور أحد الخبراء عما ستحتاجه الشركة المصنعة لتحقيق أبعاد أصغر للأجهزة. قال الرجل مازحا: “ربما يتعين علينا بناء مسرع الجسيمات تحت موقف السيارات”. بدت الفكرة رائعة جدًا لدرجة أنها ظلت عالقة في ذهن مور.

لذا، عندما عرض الصحفي التكنولوجي المقيم في طوكيو، جون بويد، مؤخرًا قصة عن محاولة لتسخير معجل خطي كمصدر للضوء بالأشعة فوق البنفسجية، كان مور متحمسًا. أصبحت زيارة بويد إلى منظمة أبحاث مسرعات الطاقة العالية، المعروفة باسم KEK، في تسوكوبا باليابان، الأساس لكتاب “هل مستقبل قانون مور في مسرع الجسيمات؟” وكما أفاد، فإن نظام KEK يولد الضوء عن طريق “تعزيز الإلكترونات إلى سرعات نسبية ثم انحراف حركتها بطريقة معينة”.

حتى الآن، تمكن باحثو KEK من إطلاق شعاع إلكترون بقوة 17 ميجا إلكترون فولت في دفعات من ضوء الأشعة تحت الحمراء بقطر 20 ميكرومترًا، وهو بعيد جدًا عن معيار الصناعة الحالي البالغ 13.5 نانومتر. لكن فريق KEK متفائل بشأن آفاق التكنولوجيا الخاصة بهم.

في حين أن قدرة الصناعة على تصنيع أجهزة أصغر حجمًا بتكلفة معقولة قد تباطأت بالتأكيد، يعتقد مور أن التوسع لا يزال لديه بعض الحيل في جعبته حتى الآن. بالإضافة إلى مصادر الضوء الأكثر سطوعًا مثل تلك التي تعمل عليها شركة KEK، ستقوم ترانزستورات التأثير الميداني التكميلية المستقبلية (CFETs) ببناء ترانزستورين في مساحة ترانزستور واحد.

يقول مور: “أعتقد أن وونج وليو يريدان من الشباب ذوي التفكير التقني أن يفهموا أهمية الحفاظ على استمرار التقدم في مجال أشباه الموصلات، وأن يجعلوهم يرغبون في أن يكونوا جزءًا من هذا الجهد”.

على المدى القصير، يقول مور إن تكديس الرقائق هو الطريقة الأكثر فعالية لمواصلة زيادة مقدار المنطق والذاكرة التي يمكنك حل المشكلة بها.

“ستكون هناك دائمًا وظائف في وحدة المعالجة المركزية أو وحدة معالجة الرسومات التي لا تتناسب مع منطق المعالج الأساسي. يقول مور: “على نحو متزايد، ليس من المنطقي محاولة الاستمرار في بناء كل هذه الأجزاء باستخدام عمليات الرقائق المتطورة للمنطق الأساسي”. “من المنطقي أن نبني كل جزء بأفضل عملياته وأكثرها اقتصادا، ثم نجمعها مرة أخرى كمجموعة، أو على الأقل في نفس الحزمة.”

لتلبية متطلبات قطاع الذكاء الاصطناعي المزدهر، سيحتاج صانعو وحدات معالجة الرسوميات إلى تكثيف جهودهم. عندما كان رئيس شركة تايوان لتصنيع أشباه الموصلات السابق مارك ليو وكبير العلماء في شركة TSMC H.-S. أراد فيليب وونغ إيصال رسالتهم حول مستقبل CMOS، فتواصلوا مع مور. والنتيجة هي “الطريق إلى وحدة معالجة رسوميات ذات تريليون ترانزستور”. بالإضافة إلى دور وونغ في الشركة، فهو أيضًا أكاديمي. إحدى المخاوف التي أعرب عنها مرارًا وتكرارًا لمور هي أن الذكاء الاصطناعي والبرمجيات بشكل عام يسحبون المواهب بعيدًا عن هندسة أشباه الموصلات.

يقول مور: “أعتقد أن وونج وليو يريدان من الشباب ذوي التفكير التقني أن يفهموا أهمية الحفاظ على استمرار التقدم في مجال أشباه الموصلات، وأن يجعلوهم يرغبون في أن يكونوا جزءًا من هذا الجهد”. “إنهم يريدون إظهار أن هندسة أشباه الموصلات لها مستقبل مهني طويل، على الرغم من كثرة الحديث عن وفاة قانون مور”.