شركة Imec تعلن عن تحقيق كثافة قياسية في الدوائر فائقة التوصيل، حيث وصلت إلى 3.8 مليون تقاطع جوزيفسون لكل سنتيمتر مربع

أعلنت شركة Imec عن تحقيقها إنجازًا عالميًا في كثافة الدوائر فائقة التوصيل، حيث تمكنت من ضغط 3.8 مليون تقاطع جوزيفسون في مساحة لا تتجاوز السنتيمتر المربع الواحد. كما أنتجت الشركة أسلاكًا فائقة التوصيل بعرض لا يتجاوز 30 نانومترًا. وقد عرضت Imec هذين الإنجازين في مؤتمر تطبيقات التوصيل الفائق 2026 (ASC)، وهذه النتائج قد تسهم في توسيع استخدامات التوصيل الفائق في أنظمة الحوسبة عالية الأداء في المستقبل، مع دعمها أيضًا للأحمال الثقيلة التي تتطلبها مراكز البيانات الحديثة في الولايات المتحدة.

المواد والتصميم الجديد للدوائر

تستخدم الدوائر الجديدة نيتريد النيوبيوم-التانتالوم (NbTiN)، وقد قامت Imec ببناء هذه الدوائر على ثلاث طبقات معدنية. وأصغر قطر لتقاطع جوزيفسون يبلغ 150 نانومترًا فقط. تتيح هذه المكونات الصغيرة للمهندسين تركيب المزيد من العناصر الحاسوبية في مساحة أصغر. يشبه تقاطع جوزيفسون مفتاحًا إلكترونيًا سريعًا للغاية، حيث يمكنه معالجة الإشارات مع استهلاك طاقة قليلة جدًا. تجعل هذه الكفاءة من الدوائر فائقة التوصيل جذابة للحوسبة عالية الأداء. وتتوقع Imec أن تتمكن هذه التقنية في النهاية من تحقيق وفورات كبيرة في الطاقة مقارنةً بأشباه الموصلات التقليدية CMOS.

تدعم الأنظمة فائقة التوصيل أيضًا كثافة حسابية وعرض نطاق أعلى. ومع تزايد أحمال العمل التي تتطلبها مراكز البيانات، تصبح هذه المزايا أكثر أهمية. هذه الطريقة مفيدة بشكل خاص لأنظمة الحوسبة التي تستهلك كميات كبيرة من الطاقة في نقل البيانات. يمكن للدوائر فائقة التوصيل معالجة الإشارات بسرعات عالية جدًا، مما يقلل من بعض الخسائر.

مزايا وتحديات الدوائر فائقة التوصيل

كما عرضت Imec أسلاك توصيل ثلاثية الطبقات من NbTiN، حيث يبلغ عرض أضيق سلك 30 نانومترًا فقط، وهو ما يقارب عُشر عرض الأسلاك المستخدمة في تقنيات النيوبيوم فائقة التوصيل التقليدية. يمكن أن تساعد الأسلاك الأصغر المهندسين على ضغط المزيد من الوصلات في نفس المساحة، حيث تنقل هذه الأسلاك الإشارات بين أجزاء مختلفة من الدائرة، بالإضافة إلى توصيل العناصر بين الطبقات المختلفة. يتمتع المواد فائقة التوصيل بمزايا رئيسية أخرى، وهي نقل التيار بدون مقاومة تذكر في درجات حرارة منخفضة جدًا، مما يعني أن الطاقة المفقودة أثناء حركة الإشارات داخل النظام قليلة جدًا، مما يساعد المهندسين على مواجهة الطلب المتزايد على الطاقة في أنظمة الحوسبة الكبيرة.

تستطيع Imec أيضًا ضبط الخصائص الكهربائية لنقاط التوصيل والأسلاك، مما يوفر مرونة أكبر للمهندسين عند تصميم دوائر لتطبيقات مختلفة. تعمل Imec على تطوير هذه التقنية باستخدام عملية تصنيع أشباه الموصلات بعرض 300 مليمتر، وهو نفس حجم الرقاقة المستخدمة على نطاق واسع في إنتاج الشرائح الحديثة، وقد تجعل هذه التوافقية البحث أكثر قابلية للدمج مع طرق تصنيع أشباه الموصلات الحالية، كما توفر مسارًا لبناء دوائر فائقة التوصيل أكبر وأكثر تعقيدًا.

يقوم المركز البحثي أيضًا بإجراء أبحاث حول التكامل ثنائي الأبعاد ونصف (2.5D) وثلاثي الأبعاد (3D)، وهذه الطرق تتيح لأنواع مختلفة من المكونات العمل بشكل متكامل في نظام عالي التكامل. يقول ريتشارد راوس، مدير برنامج Imec فائق التوصيل الرقمي، إن البرنامج يستهدف مصانع الرقائق ومراكز البيانات الكبيرة وشركات الأنظمة. قد تتجاوز هذه التقنية في النهاية نطاق الحوسبة عالية الأداء ومراكز البيانات، كما أن Imec متفائلة بشأن التطبيقات المحتملة في مجالات مثل الحوسبة الكمومية والفوتونية والحوسبة الشبيهة بالدماغ.

ومع ذلك، لا يزال أمام الأجهزة فائقة التوصيل تحدٍ رئيسي، حيث تحتاج هذه الدوائر عادةً إلى درجات حرارة منخفضة جدًا للحفاظ على حالة التوصيل الفائق، مما يجعل نشرها أكثر صعوبة مقارنة بالشرائح التقليدية. وفقًا لشركة Imec، فإن كثافة 3.8 مليون نقطة توصيل على هذا المستوى هي الأولى من نوعها في العالم، بينما يوضح عرض الأسلاك بعرض 30 نانومترًا إمكانية وجود أنظمة فائقة التوصيل أصغر وأكثر إحكامًا.

إمكانيات وتحديات تطبيق تقنية التوصيل الفائق

تظهر تقنية الدوائر فائقة التوصيل من Imec إمكانيات كبيرة في الحوسبة عالية الأداء ومراكز البيانات، خاصةً في زيادة كثافة وكفاءة الحوسبة في مساحة أصغر. إن نجاح هذه التقنية لا يساعد فقط في تلبية الطلب المتزايد على الطاقة، بل قد يعزز أيضًا تطور مجالات ناشئة مثل الحوسبة الكمومية والفوتونية. ومع ذلك، فإن اعتماد الدوائر فائقة التوصيل على درجات الحرارة المنخفضة لا يزال يمثل عائقًا رئيسيًا أمام انتشارها على نطاق واسع، مما يجعل نشرها أكثر تحديًا مقارنة بالشرائح التقليدية.