مستقبل المجهزين بالغ الصغر: اتجاهات العقد المقبل وتوقعاته

وفيما عدا السيليكون، تدخل المواد الجديدة الصورة. Gallium nitride (GaN)] و]([Silicon carbide (SiC) ]]] تستخدم بشكل متزايد في إدارة الطاقة وتطبيقات التردد العالي، وأجهزة تصنيع الغازات هي بالفعل شائعة بالنسبة للحواسيب المحمولة والهواتف.

التخصص في الشركات والاندماج في البيئة

:: تصميمات مجهزة ذات حجم واحد يناسب جميع المصانع، يمكن أن تفسح المجال للهيكلات المتجانسة، وقد تجمع الشرائح الحديثة بين النواة العالية الأداء (الأساس) للمهام المطلوبة، والنواة الفعالة للطاقة (الأساس) لعبء العمل الخلفي، وبطاقات قوة GPU، وبطاقات التكسير المكرَّسة للآفات (الأرقام) وهذا النهج الذي تستمده أجهزة التكييف

3D Stacking and Advanced Packaging

ومع تباطؤ عملية توسيع نطاق المصانع، فإن إدماجها في إطار برنامج التنمية الثالث أصبح أداة رئيسية للأداء، كما أن وضع المنطق يموت رأسيا باستخدام قوارير الوصل عبر المنارة، والربط الهجيني يقلل من طول الأسلاك، ويمزق الذاكرة، وينقذ الطاقة، ويخفف عامل التوليد في الشارب 3D من الاختناقات التكنولوجية في ارتفاع الترددات L3 على أعلى مستويات الديوت، ويعزز الأداء.

كفاءة الطاقة كهدف تصميم أول من الأهداف الإنمائية للألفية

فكفاءة الطاقة لم تعد بعد التفكير؛ فهي قيد أساسي، إذ تستهلك مراكز البيانات كميات هائلة من الكهرباء، وتحدد حياة البطاريات تجربة المستعملين في الأجهزة المحمولة، ويستخدم مصممو المصانع نماذج الطاقة المحمومة، والارتقاء بالحجم، والبلدان ذات القدرة المنخفضة على استخدام النواة الأساسية.

حواسيب عصبية وداخلية

وتكافح البنى التقليدية للزبائن الجديدة مع جدار الذاكرة - الفجوة بين سرعة المعالج وسرعة وصول الذاكرة - والحساب النيروبي النيجيري، المستوحى من هيكل الدماغ، وتستخدم شبكات النسيج العصبية الموازية على نطاق واسع، والتجهيز القائم على الأحداث - إن اختناقات الاختراق في جهاز الاختراق في جهاز إي بي إم، وجهاز " إنتل " (LeI) أمثلة مبكرة، تستهدف مهاماستخدام المقاييس، مثل التعرف على النم وتجهيز أجهزة الاستشعار.

التطورات المتوقعة في العقد المقبل

واستنادا إلى نسق البحث والصناعة الحالي، يتوقع أن تنضج عدة تطورات تحولية بين عامي 2025 و 2035.

الدمج في الحاسوب الكمي

وفي حين أن الحواسيب الكميّة المتسامحة على نطاق كامل لا تزال تشكل تحدياً، فإن المجهزات الهجينة التقليدية للكوادر موجودة في الأفق، أما الشركات مثل إي بي إم، وغوغل، والبدئية فتقوم ببناء مجهزات كمية مع وجود عشرات إلى مئات من الكبريتات، وقد نرى بحلول نهاية العقد، أخطاء في المصانع المجهرية تشمل الكم الافتراضي التخصصي.

AI-Driven Processor Design

كما أن المعلومات الاستخبارية الفنية ليست مجرد عبء عمل على الرقائق المقبلة، بل هي أيضا أداة لتصميمها، وقد أظهر التخطيط الأساسي القائم على التعاضد في إطار نظام " غوغل " أن " آي " يمكن أن تجد مخططات أكثر كفاءة من المهندسين البشريين، كما أن المنظمة ستتمتّع خلال العقد القادم جوانب عديدة من تصميم المعالجين، من استكشاف الهياكل إلى التصميم والتحقق الماديين، مما سيعجل الابتكار ويتيح سرعة الوقوع في الأسواق الجديدة.

Autonomous Systems and Edge AI

وسيتطلب انفجار المركبات المستقلة، والطائرات الآلية، والأجهزة المتفجرة، مجهزين يمكن أن يتخذوا قرارات في الوقت الحقيقي محليا، دون الاعتماد على الربط السحابي. ]تتضمن أجهزة تجهيز AI () من نظام " NVIDIA " (Jetson)، و " Qualcomm " (Snapdragon Ride)، و " Intel " (Movidius) تتكيف على نحو أفضل.

الاتصالات الصوتية والفنية

ومع اقتراب معدلات البيانات داخل الشرائح وفيما بينها من الحدود المادية، فإن الترابطات البصرية توفر مساراً إلى أعلى من نطاق الترددات والقوة الدنيا، ويمكن أن تدمج الصور الفوتوغرافية للسيليكون في مجموعات الموجات والمناصب وأجهزة التصوير الضوئي في رقائق البطاقات القياسية للأجهزة اللاسلكية، وفي حين أن الاتصالات ذات الترددات البصرية تستخدم في مراكز البيانات ذات الفتحات الطويلة، فإن عبء العمل بالصور في أجهزة التصنيع آخذ في الظهور.

المعمارات الأمنية - الأولى

وسيتجسد التصميمات المقبلة الأمن على المستوى المعماري، ليس فقط كنقطة برامج، وستصبح بيئات التنفيذ الموثوق بها القائمة على البرمجيات ذات القاعدة الصلبة (مثلاً، شبكة إنتل سجكس، وشبكة الرصد والتقييم، ومؤسسة ARM TrustZone) أكثر قوة.

الآثار على المجتمع والصناعة

إن تطور المجهزات الدقيقة سيمزق كل قطاع، وسيغير طريقة عملنا، ويعيش، ويتفاعل مع التكنولوجيا.

Consumer Electronics

وسيستفيد المستهلكون من أجهزة أسرع وأطول مدة وأكثر ذكاء، وسيحصل المستمعون على أداء في المقامرة على مستوى النسيج، وتقدم في مرحلة الاستخدام الفعلي لترجمة اللغات في الوقت الحقيقي، والتصوير، والرصد الصحي.

الرعاية الصحية والأجهزة الطبية الحيوية

أما الأجهزة الصغيرة فهي قلب الأجهزة الطبية، من أجهزة التصوير بالرنين المغناطيسي إلى أجهزة التسارع، وستمكن الرقائق المستقبلية أدوات تشخيص محمولة بقوة حاسوب خارق، مما يتيح التشخيص عن بعد والطب الشخصي، وستستمر المجهزات التي لا تُستخدم في أجهزة الاتصال اللاسلكية، وتُستخدم الطاقة الكهربائية في رصد العلامات الحيوية باستمرار، ويمكن للأطباء الذين يُخضعون للفحص بواسطة أجهزة الاستشعار أن يكتشفوا وجود خلايا في الوقت الحقيقي، ويُنذرُنَهم.

النقل والسيارات

وستتضمن السيارات الحديثة مئات من المجهزين المصغرين، وسيشهد العقد القادم الانتقال إلى مركبات محددة بشبكة البرمجيات ، حيث يقوم عدد قليل من المجهزين المركزيين ذوي القدرات (مثل سائقي السيارات في نيفيديا أو رودريغ الكي) باستبدال عشرات وحدات المراقبة الإلكترونية الموزعة، ويقلل هذا التوحيد من وزن المركبات ويحد من أربعة نماذج.

الصناعة التحويلية

وتعتمد المصانع الذكية على التحلل الصناعي والحساب الحاسوبي لمراقبة العمليات في الوقت الحقيقي، والصيانة المتوقعة، وضمان الجودة، وستصبح المجهزات الدقيقة على الوجه الأمثل لبيئة قاسية - درجة الحرارة العالية، والاهتزاز، والضوضاء - شائعة، وستمكن أجهزة التطعيم المدمجة في مجال التنفيذ من الكشف عن الخلايا، مما يقلل من الاعتماد على السحابة، وسيؤدي إلى تحسين عملية الإنتاج الأمثل، ويسمح بتكرار خطوط الإنتاج غير المسبوطة.

الاستخبارات الفنية والنظم المستقلة

إن منظمة العفو الدولية هي أكثر العوامل إلحاحا في تطور المعالجين، إذ ستتجاوز رقائق الاستثمار الآجل من شركات مثل شركة NVIDIA، و AMD، و Intel، ومجموعة من عمليات البدء (Cerebras, Graphcore, Groq) التدريب والأداء غير المألوف للزراعة، وستؤدي عمليات التقارب بين الجنسين والمقاييس إلى تحقيق التقارب بين الأهداف والذاكرة (F8, FP4) والمقاييس المتزامنة.

التحديات التي تواجه التغلب على التحديات

وعلى الرغم من المسار الواعد، فإن العقد القادم ليس بدون عقبات كبيرة، ويجب على الصناعة أن تتصدى للتحديات التقنية والاقتصادية والأمنية لتحقيق كامل إمكانات المعالجين الجزئيين في المستقبل.

التصنيع

ولا تتطلب رقائق البناء في الساعة الثالثة وما دونها ] من حيث الأشعة فوق البنفسجية (EUV) الليثيوم () أي نظم تكلف مئات الملايين من الدولارات، ولا يمكن أن تتجاوز البحوث والتطوير في إطار عقد واحد خمسة بلايين دولار، مما يخلق حاجزا كبيرا أمام الدخول، ويركز على الاختلاق المتقدم بين عدد قليل من الشركات (المركز التجاري الدولي، والتطبيقات المتقدمة، الصنعية، وأجهزة القناع، وأجهزة الصنعية، وأجهزة الصنع، وأجهزة الصنع، وأجهزة الصنع، وأجهزة الخفيفة، وأجهزة الصنع، وأجهزة الخفيفة، وأجهزة الصنع، وأجهزة الصنع).

الإدارة الحرارية

إن كثافة الطاقة في المجهزات الحديثة تقترب من التدفق الحراري لب المفاعل النووي، إذ أن إزالة الحرارة من مضخة مليمترات هو تحد هندسي هائل، كما أن تقنيات التبريد المتقدمة مثل القنوات الفلورية، والتبريد غير المكتمل، وغرف البخار تصبح ضرورية، أما بالنسبة للرقائق المكدسة، فإن إدارة المواد الحرارية أكثر أهمية، حيث أن السلوكيات المتطورة ستنفصل من خلال عدة.

المسؤوليات الأمنية

ومع تزايد تعقيد المجهزين، يتسع نطاق سطح الهجوم، كما أن الهجمات على الشاشات الجانبية، وأوجه الضعف في عمليات التخمين، وروابط الأجهزة، تشكل تهديدات حقيقية، ويجب على الصناعة أن تضع منهجيات تصميم مأمونة، وتقنيات تحقق رسمية، ورصد مدى الوقت، وكثيرا ما تفرض الإصلاحات الأمنية عقوبات على الأداء، مما يخلق توترا بين السرعة والسلامة، ويتمثل التحدي في بناء مجهزات سريعة وقابل للثقة بالتصميم، وليس بعد التفكير.

سلسلة الإمدادات والمخاطر الجغرافية السياسية

وتتركز سلسلة الإمداد العالمية شبه الموصلات تركيزاً كبيراً في عدد قليل من المناطق، ولا سيما تايوان وكوريا الجنوبية والولايات المتحدة، ويمكن أن تؤدي التوترات الجيوسياسية والكوارث الطبيعية والأوبئة إلى تعطيل الإنتاج، وتستثمر الحكومات في جميع أنحاء العالم في صناعة الرقائق المنزلية (مثل قانون الولايات المتحدة المتعلق بالتشبس، والقانون الأوروبي للتشيبس)، غير أن بناء نظام إيكولوجي مكتفي ذاتياً يستغرق سنوات، وسيشهد العقد المقبل تقلب مواقع التصنيع، وسيظل الاهتمام بتعزيز سلسلة التوريد.

الطاقة والاستدامة البيئية

وتستأثر مراكز البيانات بالفعل بنسبة 1 في المائة من استهلاك الكهرباء على الصعيد العالمي، وعبء العمل في مجال الطاقة الكهربائية يزيد هذا العدد، ويجب أن تؤدي تحسينات كفاءة التجهيزات الصغيرة إلى زيادة الطلب على الطاقة من أجل تجنب حدوث زيادة في البصمة الكربونية، علاوة على أن تصنيع الرقائق هو بمثابة كثيفة للمياه والكيميائية، مما يولد نفايات خطرة، كما أن الصناعة تتحرك نحو ممارسات أكثر استدامة، بما في ذلك عمليات الشوائب المستعادة، والمواد الكيميائية الأقل سمية، وإعادة تدوير العناصر الأرضية النادرة.

خاتمة

ويعود العقد المقبل بتقدم ملحوظ في تكنولوجيا التجهيزات الصغرى، مدفوعا بالابتكارات والطلب على الأداء والكفاءة الأعلى، ومن مراحل متقدمة من مراحل العملية، ومن التكامل المتجانس إلى المجهزات الكمية والتصميمات التي تحركها الوكالة، فإن رقائق عام 2035 ستبدو مختلفة جدا عن تلك التي شهدها اليوم، وستعيد هذه التطورات تشكيل الأجهزة الإلكترونية الاستهلاكية، والرعاية الصحية، والنقل، والتصنيع، والاستخبارات الاصطناعية، وخلق الفرص والتحديات.