تصميم هواوي الجديد لأشباه الموصلات يعزز كثافة الترانزستور بنسبة 55% لمواجهة مشكلة ارتفاع الحرارة

أعلنت شركة هواوي عن تصميم جديد لأشباه الموصلات مكدسة عموديًا، يمكنه حل إحدى أكبر المشكلات التي تواجهها رقائق الهواتف الذكية من الجيل التالي: إدارة الحرارة. وقد نشرت الشركة بيانات قياس جديدة تستند إلى قانون Tau Scaling، مدعية أن معالج Kirin القادم يمكنه العمل بطاقة أقل مع زيادة كثافة الترانزستور، ودرجة حرارة تشغيل أقل من الجيل السابق. هذه الاكتشافات بالغة الأهمية لشركة هواوي في الصين في ظل محدودية الوصول إلى معدات تصنيع أشباه الموصلات المتقدمة، وذلك لتحسين أداء الرقائق. وقد قادت هذا البحث رئيسة لجنة العلماء في هواوي ورئيسة قسم أعمال أشباه الموصلات في الشركة، هي تينبو.

التقنية الجديدة تحل مشكلة عنق الزجاجة الحراري

ينفي البحث المخاوف من أن الدوائر المنطقية المكدسة عموديًا ستسبب عنق زجاجة حراري، مما يعيق تطبيق هذه التقنية في معالجات الأجهزة المحمولة عالية الأداء. ووفقًا للبحث، فإن عدد الترانزستورات لكل مليمتر مربع في رقاقة Kirin الجديدة قد زاد بنسبة 55% مقارنة بـ Kirin 9030 Pro، وفي بعض أحمال العمل الرئيسية، يمكن أن تنخفض استهلاك الطاقة بنسبة تصل إلى 66%. تقنية المكدس العمودي تقلل الحرارة بفعالية، وهذه الطريقة تستند إلى بنية LogicFolding من هواوي، حيث يتم تكديس الطبقات النشطة من الرقاقة عموديًا، بدلاً من وضع جميع الدوائر في تخطيط ثنائي الأبعاد تقليدي.

هذا الترتيب يختصر المسافة التي تقطعها الإشارات بين مكونات المعالجة، وتقول هواوي إن هذا يمكن أن يقلل من فقد الطاقة لوحدات المعالجة العصبية ووحدات معالجة الرسومات ووحدات المعالجة المركزية ووحدات معالجة الإشارات الرقمية، وهي مصادر رئيسية لاستهلاك الطاقة والحرارة في معالجات الهواتف الذكية.

إدارة الحرارة وتحسين الأداء

كما تستخدم الشركة تخطيطًا حراريًا أكثر فعالية لتوزيع الحرارة في الرقاقة. ووفقًا لتقرير Kaiyuan Securities، قامت هواوي بتقليل كثافة الطاقة المصدرية من خلال تقنية الطي، ووضع الوحدات الأكثر سخونة في مسارات أكثر قابلية للتبريد. وصرحت الشركة قائلة: "الرقاقة الجديدة تقلل استهلاك الطاقة مع زيادة كثافة الترانزستور، مما يسمح لها بالتبديل بمرونة بين الوظائف المحدودة والأداء الأقصى." هذه الاستراتيجية مهمة بشكل خاص لأنها تم تطويرها في ظل قيود على الوصول إلى أدوات تصنيع الرقائق المتقدمة في الصين. قانون Tau Scaling الذي طرحته هواوي في مايو، يقترح مسارًا مختلفًا لزيادة كثافة الترانزستور دون الاعتماد على تقنية الطباعة الحجرية فوق البنفسجية المتطرفة المتقدمة.

تدعي هواوي أن LogicFolding قد يحقق في النهاية كثافة ترانزستور تعادل عملية تصنيع 1.4 نانومتر بحلول عام 2031.

منذ شهر مايو، نشرت الشركة ثلاث أوراق بحثية حول قانون Tau Scaling. وقد أشارت ورقة بحثية نُشرت في يوليو إلى أن معالج الهاتف الذكي القادم قد يزيد كثافة الترانزستور بنسبة تصل إلى 55% مقارنة بـ Kirin 9030 Pro. كما أظهرت النتائج الجديدة أيضًا التقدم الواسع الذي أحرزته هواوي في تغليف الرقائق والدمج ثلاثي الأبعاد. ويتوقع المحللون أن تعزز هذه التقنية من تطوير مواد أشباه الموصلات الجديدة وأساليب التغليف والمعدات، مما يساعد الشركات المصنعة الصينية للرقائق على تحسين الأداء دون الاعتماد الكامل على التقنيات الأجنبية.

وصف تشنغ لي، كبير الاقتصاديين في مجموعة سافويون كلاود تكنولوجي، هذه الطريقة بأنها "ولدت من الضرورة"، لكنه يرى أن هناك مجالًا للتطوير. كما توقع أن يحل معالج Kirin الجديد مشكلة ارتفاع الحرارة من خلال هذه الطريقة.

لذلك، إذا تم تأكيد الجمع بين الكثافة العالية، وانخفاض استهلاك الطاقة، وتحسين إدارة الحرارة من خلال الاختبارات المستقلة، فستصبح تصميمات الرقائق المتكاملة عموديًا طريقة أكثر أهمية لاستخراج الأداء عندما يصبح القياس التقليدي صعبًا. وقد تم نشر البحث في منصة ChinaXiv للأوراق العلمية الصينية، ولم تخضع هذه الأوراق بعد لمراجعة الأقران.

التأثير المحتمل لتقنية المكدس العمودي

يوضح تصميم هواوي لأشباه الموصلات المكدسة عموديًا تقدمًا مهمًا في إدارة الحرارة وكثافة الترانزستور، وهو أمر بالغ الأهمية لأداء الهواتف الذكية. ومع زيادة الطلب العالمي على المعالجات عالية الأداء، يمكن لهذه التقنية أن تعزز القدرة التنافسية للمنتجات، وربما تعزز الابتكار المستقل للصين في مجال أشباه الموصلات. خاصة في مواجهة القيود التكنولوجية الخارجية، قد تصبح هذه الطريقة الجديدة اتجاهاً مهماً في تصميم الرقائق المستقبلية، مما يساعد هواوي على الحفاظ على قدرتها التنافسية في السوق العالمية.