مادة قديمة في رقائق حديثة
الزجاج هو مادة إنسانية أساسية منذ آلاف السنين. الآن يستعد للدخول إلى رقائق الذكاء الاصطناعي المستخدمة في أكثر مراكز البيانات تقدماً في العالم—ليس كحاوية أو نافذة، بل كأساس هيكلي تُثبت عليه نوى المعالج وتُربط معاً. تبدأ شركة جنوب كورية تدعى Absolics الإنتاج التجاري للألواح الزجاجية المتخصصة المصممة للاستخدام كركائز تغليف متقدمة، ويعتقد المحللون أن هذه التقنية قد تقلل متطلبات الطاقة لحوسبة الذكاء الاصطناعي بشكل كبير مع تحسين الأداء.
تعتبر Intel من بين شركات الرقائق الكبرى التي تتقدم في تقنية ركيزة الزجاج، إلى جانب شركات أخرى تجرب المادة كبديل للركائز الراتنجية العضوية التي تخدم حالياً كعمود فقري لمعظم رقائق الكمبيوتر. هذا الانتقال، إذا كان ناجحاً، سيمثل واحدة من أهم الابتكارات المادية في تغليف أشباه الموصلات منذ عقود—مقارن من حيث الأهمية بالتحول من الربط السلكي إلى تغليف الرقائق المقلوبة الذي حول أداء الرقائق في التسعينيات.
ما الذي تفعله ركائز الرقائق
ركيزة الرقيقة هي الطبقة التي يتم تثبيت نواة شبه الموصل عليها والتي تتصل من خلالها بلوحة الدوائر أدناه. تخدم الركائز وظائف متعددة في نفس الوقت: فهي توفر الدعم الميكانيكي، وتنقل الحرارة بعيداً عن الرقيقة، وتحمل الشبكة الكثيفة من الاتصالات الكهربائية التي تربط المعالج بالذاكرة وأجهزة الطاقة والمكونات الأخرى.
الركائز العضوية الحالية—المصنوعة من مزيج من ألياف الزجاج وراتنج الإيبوكسي—فعالة لكن لها قيود كبيرة. تتمدد وتنكمش مع تغيرات درجة الحرارة بطرق قد تجهد الاتصالات الدقيقة بين الرقيقة والركيزة. تحد خصائصها الكهربائية من مدى ضيق تعبئة الاتصالات وسرعة انتقال الإشارات. وتصبح مشوهة ميكانيكياً أثناء التصنيع، مما يعقد تجميع أكثر الحزم الحديثة كثافة.
لماذا الزجاج مختلف
توفر ركائز الزجاج عدة خصائص تعالج قيود الركائز العضوية. يتمدد الزجاج وينكمش بشكل أقل مع تغيرات درجة الحرارة من المواد العضوية، مما يقلل الضغط الحراري الذي يسبب فشل وصلات الحام بمرور الوقت. يمكن إنتاج الزجاج بدقة أبعاد أعلى بكثير—أكثر تسطيحاً وتوحيداً—من الركائز العضوية، مما يسمح بتحمل أضيق في تركيب الرقائق وتقليل عدد الحزم المعيبة.
الأهم بالنسبة لتطبيقات الذكاء الاصطناعي، يوفر الزجاج ربطاً بكثافة أعلى بكثير من البدائل العضوية. يمكن إنشاء ثقوب أصغر—تسمى عبر رقائق زجاجية—في الزجاج أكثر من عبر السيليكون أو عبر الرقائق العضوية المستخدمة في التغليف الحالي، مما يسمح بتثبيت المزيد من الاتصالات في مساحة أقل. المزيد من الاتصالات يعني نقل البيانات بشكل أسرع بين المعالج وذاكرته، وهو حالياً أحد الاختناقات الرئيسية التي تحد من أداء رقيقة الذكاء الاصطناعي.
زاوية كفاءة الطاقة
تستهلك مراكز بيانات الذكاء الاصطناعي كميات ضخمة من الكهرباء—يمكن لتشغيل تدريب واحد لنموذج لغة كبير أن يستهلك كمية من الطاقة تساوي آلاف المنازل على مدى أسابيع. يتم استهلاك جزء كبير من هذه الطاقة لا في الحساب نفسه بل في نقل البيانات بين المعالجات والذاكرة. القيد الأساسي هو أن نقل البيانات عبر الاتصالات الإلكترونية يبدد الطاقة على شكل حرارة تتناسب مع المسافة المقطوعة وعدد الاتصالات المقطوعة.
الربط الأقوى الذي تتيحه ركائز الزجاج يقلل من المسافة التي يجب أن تقطعها البيانات ويسمح بإشارات جهد أقل، مما يقلل كلاهما من الطاقة لكل بت مرسل. إذا كان تغليف الزجاج قادراً على تقليل استهلاك الطاقة في الربط بنسبة 20-30٪، فإن التأثير المجمع عبر ملايين رقائق مركز البيانات سيكون كبيراً—في توفير الطاقة وفي تقليل البنية التحتية للتبريد المطلوبة لإزالة الحرارة الزائدة.
تحدي التصنيع
ركائز الزجاج لا تخلو من تحديات التصنيع. الزجاج هش ويتطلب تقنيات معالجة مختلفة عن المواد العضوية. يتطلب إنشاء المسامات الزجاجية الدقيقة المطلوبة للربط عالي الكثافة عمليات حفر الليزر والحفر الكيميائي الأكثر تعقيداً من الخطوات المماثلة في تصنيع الركيزة العضوية. وبناء سلسلة الإمداد—إنتاج الزجاج وتشكيل المسام والمعادن والتجميع—من الصفر هو جهد صناعي يستغرق سنوات.
يمثل دخول Absolics إلى الإنتاج التجاري أول مرة تتوفر فيها ركائز الزجاج بالحجم الصناعي، وليس فقط كعروض توضيحية للأبحاث. توفر استثمارات Intel في التكنولوجيا، التي ناقشت الشركة علناً كجزء من خريطة طريقها لاستعادة قيادة أشباه الموصلات، كلاً من التحقق والعميل المحتمل الكبير لسلسلة الإمداد الناشئة.
خارطة الطريق
يتوقع محللو الصناعة أن تظهر ركائز الزجاج أولاً في رقائق معجلات الذكاء الاصطناعي عالية الأداء، حيث تبرر فوائد الأداء والكفاءة تكلفة التصنيع الممتازة. مع نضوج سلسلة الإمداد وزيادة الأحجام، يجب أن تنخفض التكاليف، مما يجعل ركائز الزجاج في نهاية المطاف قادرة على المنافسة مع البدائل العضوية في نطاق أوسع من التطبيقات.
إذا ثبتت التكنولوجيا على نطاق واسع، فقد تصبح عنصراً قياسياً في كومة التغليف الخاصة بالرقائق المستخدمة في معجلات الذكاء الاصطناعي وأجهزة المعالجة المركزية عالية الأداء وفي النهاية الإلكترونيات الاستهلاكية على مدى السنوات الخمس إلى العشر القادمة—مثال آخر على مادة صناعية متخصصة تصبح في كل مكان من خلال متطلبات الحوسبة عالية الأداء.
هذا المقال مبني على تقارير من MIT Technology Review. اقرأ المقال الأصلي.
