أصبحت ابتكارات الرقائق أصغر حجماً وأكثر قوة من أي وقت مضى
تُشكّل رقائق الكمبيوتر أساس عالمنا الرقمي. فلا هاتف ذكي، ولا حاسوب، ولا سيارة، ولا جهاز تحكم عن بُعد، يمكنها العمل بدونها. وفي يومٍ ليس ببعيد، ربما تُزرع هذه الرقائق في رؤوسنا أيضاً.
يُحفّز الذكاء الاصطناعي، على وجه الخصوص، الطلب المتزايد على قوة الحوسبة في تصميم صغير الحجم. وقد وصل مصنّعو الرقائق الإلكترونية إلى حدود إمكانياتهم المادية في هذا الصدد. وتُجري الشركات الناشئة والجامعات الأوروبية أبحاثًا لتطوير ابتكارات في مجال الرقائق الإلكترونية لتلبية هذا الطلب المتزايد على قوة الحوسبة.
في عام 1971، أطلقت شركة إنتل أول شريحة حاسوبية ناجحة تجاريًا، وهي "4004". في ذلك الوقت، أحدثت ضجة كبيرة؛ أما اليوم، فتبدو هذه الشريحة الحاسوبية التي يبلغ حجمها 3 × 4 مليمترات ضخمة وغير عملية. والأهم من ذلك، أنها كانت ضعيفة الأداء: إذ لم تحتوي إلا على 2300 ترانزستور فقط، وهو عدد لا يُصدق آنذاك، وقليل جدًا بمعايير اليوم.
لا تزال الترانزستورات تُشكّل جوهر كل شريحة حاسوب. مفاتيح صغيرة تُبدّل بين التشغيل والإيقاف، بين الصفر والواحد. هذه المفاتيح تُرسّخ أساس عالمنا الرقمي. كلما زاد عدد الترانزستورات، زادت قوة الشريحة، والطلب العالمي على قوة الحوسبة وتخزين البيانات في ازدياد مطرد.
لسنوات طويلة، انشغلت صناعة الرقائق الإلكترونية بسؤال واحد بالدرجة الأولى: كم عدد الترانزستورات الإضافية التي يمكن وضعها على شريحة واحدة؟ على مر العقود، أصبحت الترانزستورات أصغر فأصغر، حتى باتت اليوم تتكون من بضع ذرات فقط. هذه المفاتيح الآن أرق من شعرة الإنسان، وأصغر من خلية دم حمراء، ومجهزة بأسلاك تمتد لكيلومترات. مفتاح صغير للغاية - أصغر بـ 500 ألف مرة من المليمتر - أصبح لا غنى عنه في حياتنا اليومية. يمكن وضع 200 مليون ترانزستور على مليمتر مربع واحد؛ وعلى شريحة واحدة، عشرات المليارات
ومع ذلك، في المستقبل القريب، ستصل هذه المحاولة لتقليص علم أشباه الموصلات إلى حدها المادي.
نستخدم حاليًا تقنيات الرقائق الإلكترونية مثل وحدات المعالجة المركزية (CPU) في أجهزة الكمبيوتر والهواتف الذكية. أما تقنية وحدات معالجة الرسومات (GPU)، والمعروفة أيضًا ببطاقات الرسومات، فقد طُوّرت في الأصل لمعالجة الصور ومقاطع الفيديو والرسومات ثلاثية الأبعاد لشاشات الكمبيوتر. وقد حققت شركة إنفيديا، المتخصصة في تصنيع الرقائق، شهرة واسعة بفضل هذه الرقائق، وهي تستفيد حاليًا من الطلب المتزايد على رقائق الذكاء الاصطناعي. تتميز بطاقات الرسومات هذه بقدرتها على أداء مهام متوازية ومعالجة العديد من المهام في وقت واحد، وهو ما يحتاجه الذكاء الاصطناعي تحديدًا للعمل بكفاءة.
في مجال الذكاء الاصطناعي، أثبتت رقائق الرسومات أنها الحل الأمثل المتاح حاليًا؛ بينما تُعدّ وحدات معالجة الرسومات (GPUs) الخيار الاحتياطي لخوارزميات الذكاء الاصطناعي. ويعود ذلك إلى عدم وجود مناهج جديدة لرقائق الذكاء الاصطناعي في الوقت الراهن. ما هو موجود هو كمّ هائل من الأبحاث والابتكارات. على الرغم من أن كل نانومتر على الرقاقة مليء بالمفاتيح، إلا أن هناك مساحة غير مستغلة، خاصةً من حيث الارتفاع. هذا ما تبحث فيه شركة سيمرون. طوّرت هذه الشركة الناشئة، التي تتخذ من دريسدن مقرًا لها، رقائق تُتيح دمج الذكاء الاصطناعي مباشرةً في الأجهزة النهائية مثل الهواتف الذكية وسماعات الرأس. يسمح هذا بمعالجة البيانات محليًا على الأجهزة، وهو أمر مفيد للغاية للمعلومات الحساسة. مع ذلك، لكي تكون الرقائق قوية بما يكفي، يجب أن تكون صغيرة الحجم، ومدمجة، واقتصادية، وموفرة للطاقة قدر الإمكان
يدرك آرون كيرشن، أحد مؤسسي الشركة، تمامًا أن مجرد تكديس ثلاث أو أربع أو حتى خمس رقائق في غلاف واحد لا يكفي. فزيادة الأداء خمسة أضعاف، بالإضافة إلى تكلفة خمس رقائق، لا تُجدي نفعًا عند الحاجة إلى زيادة الأداء ألف ضعف. ولذلك، تخطط شركة سيمرون لتطبيق طبقات متعددة من الرقائق أثناء عملية التصنيع نفسها. وتتيح تقنية أشباه الموصلات الحاصلة على براءة اختراع، "CapRAM"، المعالجة المحلية لنماذج الذكاء الاصطناعي. وهذا يعمل بالفعل مع رقائق الذاكرة، كتلك الموجودة في الهواتف الذكية، حيث تحتوي هواتفنا على ما يصل إلى 200 طبقة من الذاكرة. ومع ذلك، تُشكل هذه التقنية تحديًا أكبر للمعالجات - وهي مكونات الكمبيوتر في الرقاقة. أولًا، لا يُمكن تكديس الترانزستورات بسهولة. ثانيًا، يتطلب هذا التصميم طاقة أكبر، وعند كثافات طاقة أعلى، تُصبح الرقاقة مُعرضة لخطر ارتفاع درجة الحرارة. وتدّعي سيمرون أنها حلت هذه المشكلة. والآن، يواجه الفريق التحدي الأكبر المتمثل في إقناع مُصنّعي الرقائق بتطبيق عملية التصنيع الحاصلة على براءة اختراع وإنتاج الرقائق بكميات كبيرة. لكن الفكرة وحدها لا تكفي لتلبية الطلب المتزايد باستمرار على قوة الحوسبة. فالرقائق تحتاج أيضاً إلى تصنيع، وهذا لا يحدث في ألمانيا أو حتى في أوروبا. الأمر أشبه بالثورة الصناعية قبل 150 عاماً.
