مقدمة
أعلنت شركة التكنولوجيا والأبحاث العالمية الرائدة، آي بي إم، يوم الخميس الماضي عن تحقيقها إنجازا علميا وهندسيا تاريخيا بكل المقاييس، يتمثل هذا الإنجاز في تطوير وبناء أول تقنية لإنتاج شرائح إلكترونية دقيقة يقل حجمها عن 1 نانومتر في العالم. هذا الابتكار المذهل والفائق الدقة يدفع بقوة حدود وضوابط تصميم وتصنيع أشباه الموصلات إلى ما هو أبعد من التوقعات الحالية، ليدخل صناعة الإلكترونيات بأكملها وبشكل رسمي في مرحلة متقدمة جدا وواعدة تعرف بين العلماء والخبراء باسم عصر الأنجستروم. وتعتمد هذه التقنية الثورية والجديدة بالأساس على بنية ومعمارية ترانزستور ثلاثية الأبعاد جديدة كليا ومبتكرة تطلق عليها الشركة المطورة اسم نانو ستاك، والتي تعد بتوفير قفزات هائلة ونوعية في قدرات الحوسبة المتقدمة وتقليل استهلاك الطاقة لخدمة الذكاء الاصطناعي.
- مواصفات الشريحة النموذجية الفائقة الصغر وكثافتها المذهلة
- آلية عمل معمارية نانو ستاك المتطورة والمعقدة
- آراء الخبراء المستقلين وتصريحات القيادة التقنية للمشروع
- تحديات الوصول لمرحلة الإنتاج التجاري وتراخيص الاستخدام
- دخول الصناعة في عصر الأنجستروم والتحديات الهندسية المرافقة
مواصفات الشريحة النموذجية الفائقة الصغر وكثافتها المذهلة
تتميز هذه الشريحة النموذجية الدقيقة والجديدة التي كشفت عنها الشركة مؤخرا، والتي يبلغ حجمها الاستثنائي وغير المسبوق 0.7 نانومتر أو ما يعادل بدقة 7 أنجستروم بالقياسات الفيزيائية الدقيقة، بقدرتها الفائقة والعجيبة على تعبئة واحتواء ما يقرب من 100 مليار ترانزستور متناهي الصغر على مساحة مسطحة لا تتجاوز أبدا حجم ظفر الإصبع البشري العادي. ويمثل هذا الرقم المهول والكبير تقريبا ضعف الكثافة التي قدمتها وقدرتها شريحة آي بي إم السابقة بحجم 2 نانومتر، والتي تم الكشف عنها باحتفاء عالمي كبير في عام 2021. وتؤكد بيانات وإحصاءات شركة آي بي إم الرسمية أن هذه التقنية المتقدمة والمبتكرة جدا توفر أداء حاسوبيا أفضل وأسرع بنسبة تصل إلى 50 بالمائة، أو في المقابل تقدم كفاءة أعلى بشكل مذهل في استهلاك الطاقة الكهربائية بنسبة تصل إلى 70 بالمائة عند مقارنتها بمعماريتها وتصاميمها السابقة، وهو ما يعتبر قفزة هائلة في ترشيد الاستهلاك.
آلية عمل معمارية نانو ستاك المتطورة والمعقدة
وعلاوة على كل ذلك، توفر الشريحة المبتكرة تحسنا ملحوظا وقويا بنسبة 40 بالمائة في عمليات ومقاييس توسيع نطاق الذاكرة العشوائية الساكنة المعروفة والمهمة، وهو عامل حاسم ومفصلي تماما لدعم وتشغيل أعباء العمل الهائلة والضخمة التي تتطلبها أنظمة ونماذج الذكاء الاصطناعي المعقدة والمتعطشة للذاكرة الكبيرة وسرعة نقل البيانات الفائقة. ولتحقيق هذا الإنجاز التاريخي، تعمل معمارية نانو ستاك الفريدة من نوعها من خلال تكديس وترتيب الترانزستورات بشكل عمودي في ترتيب متداخل ومدروس بعناية فائقة، بدلا من وضعها بشكل مسطح وتقليدي في طبقة واحدة ممتدة كما جرت العادة في الصناعة لعقود طويلة. حيث يقوم المهندسون والعلماء المتخصصون ببناء وتشكيل الشريحة الدقيقة طبقة تلو الأخرى بدقة متناهية؛ ففي البداية يتم تصنيع الترانزستورات على قاعدة سيليكونية صلبة وذات جودة عالية.
آراء الخبراء المستقلين وتصريحات القيادة التقنية للمشروع
ثم يتم إضافة طبقة سيليكونية أخرى في الأعلى، قبل الشروع الدقيق في بناء طبقة ثانية من الترانزستورات فوقها. وبعد ذلك، يتم توصيل هذه الطبقات المتعددة ببعضها البعض بأسلاك دقيقة للغاية. وعلى عكس أساليب التكديس التقليدية والمألوفة السابقة، فإن تصميم آي بي إم الحديث يزيح ويغير من تموضع الترانزستورات العلوية قليلا عن تلك الموجودة بالأسفل بشكل هندسي محسوب، وهو ابتكار هندسي تؤكد الشركة بشدة أنه يحسن بشكل جذري عمليات توصيل الأسلاك ويضمن المحاذاة الفائقة الدقة على المستويات والمقاييس الذرية. ويعد هذا النهج الهندسي الرائد تنويعا متقدما لما يسميه باحثو وعلماء أشباه الموصلات اسم ترانزستور التأثير الميداني التكميلي، وذلك وفقا لتوضيحات تشينغ كاو، أستاذ علوم المواد البارز والمستقل في جامعة إلينوي، والذي لم يكن مشاركا بشكل مباشر في هذا المشروع التقني الفريد.
تحديات الوصول لمرحلة الإنتاج التجاري وتراخيص الاستخدام
وخلال مؤتمر صحفي كبير وحاشد عقده الفريق المسؤول عن الإنجاز لوسائل الإعلام، صرح جاي جامبيتا، الذي يتولى قيادة قسم الأبحاث والتطوير في شركة آي بي إم، للتعبير عن فخره وسعادته قائلا: «إن هذا التطور المذهل ليس مجرد تقدم تقني طفيف أو خطوة عادية في الصناعة، بل إنه تطور هائل ونقلة نوعية كبيرة جدا في مسار الصناعة بأكملها ستغير قواعد اللعبة». وتوقع جامبيتا بقوة وتفاؤل شديد أنه في غضون العقد المقبل القريب، ستصبح الشرائح الإلكترونية التي تتميز بتقنية التكديس النانوي أو نانو ستاك هي المعيار الأساسي والمهيمن بقوة على كافة مراكز البيانات المنتشرة في جميع أنحاء العالم.
دخول الصناعة في عصر الأنجستروم والتحديات الهندسية المرافقة
وعلى الرغم من هذا الإنجاز الرائد والمبهر جدا للجميع، من الأهمية بمكان الإشارة والتوضيح إلى أن شركة آي بي إم لا تقوم عادة بتصنيع الشرائح الإلكترونية بشكل تجاري مباشر وبيعها للجمهور، وأكدت الشركة بشفافية تامة أن الوصول إلى مرحلة الإنتاج الضخم والوفير لهذه التقنية المعقدة والدقيقة التي يقل حجمها عن 1 نانومتر لا يزال أمامه طريق طويل وشاق، ويقدر بحوالي خمس سنوات كاملة من الآن. وتعتزم الشركة المطورة ترخيص حقوق استخدام واعتماد هذا التصميم الثوري لصالح مصنعين وشركات أخرى لاستخدامه في تصنيع وحدات معالجة الرسومات القوية جدا، ووحدات المعالجة المركزية للحواسيب المتقدمة، وأنواع أخرى متعددة من الشرائح الإلكترونية المطلوبة. ومن الجدير بالذكر في هذا الصدد أن شركة آي بي إم سبق وأن رخصت بنجاح تقنيات أشباه الموصلات المتقدمة الخاصة بها لشركة سامسونج الكورية ولمسبك رابيدوس الياباني، والذي يجمعها به حاليا شراكة استراتيجية قائمة وفعالة لتوسيع نطاق إنتاج شرائح 2 نانومتر بحلول عام 2027.
أسئلة شائعة
السؤال: ما هو الإنجاز العلمي غير المسبوق الذي حققته شركة آي بي إم مؤخرا في مجال المعالجات؟
الإجابة: تمكنت الشركة من تطوير وابتكار أول تقنية لشريحة إلكترونية يقل دقة حجمها عن 1 نانومتر في العالم وتحديدا 0.7 نانومتر.
السؤال: ما هي الفوائد التقنية والأدائية العظيمة المرتبطة بتصميم نانو ستاك المبتكر ثلاثي الأبعاد؟
الإجابة: يوفر التصميم قفزة هائلة في الأداء بنسبة تصل إلى 50 بالمائة مع خفض كبير جدا في استهلاك الطاقة الكهربائية بنسبة تصل إلى 70 بالمائة.
السؤال: هل ستتوفر هذه الشرائح المتطورة والصغيرة قريبا في أيدي المستخدمين لشراء الأجهزة؟
الإجابة: ليس قريبا جدا، حيث تشير تصريحات مسؤولي الشركة إلى أن الإنتاج التجاري والضخم لتلك الشرائح سيستغرق نحو خمس سنوات من العمل المستمر.
السؤال: كيف ستفيد هذه التقنية المعقدة والمتقدمة مجال الذكاء الاصطناعي الواسع والمزدهر؟
الإجابة: من خلال الكثافة العالية جدا للترانزستورات، سيتم تسريع عمليات الحوسبة الثقيلة وتوفير طاقة هائلة تستخدمها مراكز وخوادم الذكاء الاصطناعي المستهلكة للبيانات بشكل أفضل.
