مقياس τ: محرك النمو الجديد الذي تصممه هواوي لعصر ما بعد مور

على مدى الستين عامًا الماضية، كان قطاع أشباه الموصلات يدفع التقدم من خلال تقليل حجم الترانزستورات (قانون مور)، بحيث يصبح أصغر، وأكثر كثافة، وأقل تكلفة.

لكن الآن لم يعد هذا الطريق ممكنًا:

عائدات تقنية 7 نانومتر وما دونها تتراجع بشكل حاد

تكلفة أجهزة الطباعة الضوئية باهظة جدًا

تكلفة تصميم الرقائق المتقدمة تتجاوز مليار دولار لكل قطعة

تكلفة الترانزستور الواحد لا تنخفض بل ترتفع

فريق أشباه الموصلات في هواوي验证وا خلال 6 سنوات و381 شريحة إنتاجية اتجاهًا جديدًا:

ليس التنافس على الحجم، بل على الوقت.

اقترحوا نظرية التوسيع τ (τ Scaling):

اعتبار “الوقت” كمؤشر رئيسي للتحسين، وضغط كامل مسار السلسلة الزمنية لخصائص الترانزستور τ، من تشغيل الترانزستور (بيكوثانية) إلى مهام مركز البيانات (ثانية)، عبر 12 رتبة عددية.

ببساطة:

في السابق كان التنافس على من هو أصغر، الآن على من هو أسرع، وأقل تأخير، وأكثر كفاءة.

أولاً، ما هو التوسيع τ بالتحديد؟

τ هو زمن التأخير لكل طبقة / الثابت الزمني، ويقسم إلى أربع طبقات:

الترانزستور: سرعة التشغيل

الدائرة: تأخير نقل الإشارة

الرقاقة: تأخير الحساب والوصول إلى الذاكرة

النظام: زمن التزامن من طرف إلى طرف في الاتصال

الهدف هو ضغط τ عبر كامل السلسلة، بحيث يتم تحسين العملية، والدائرة، والهندسة المعمارية، والنظام باستخدام مجموعة موحدة من المعايير، بدلاً من العمل بشكل مستقل.

ثانيًا، التطبيق على الهواتف المحمولة: LogicFolding (الطي المنطقي)

بدون ترقية العملية، يتم تكديس الرقائق عموديًا، باستخدام التلحيم المختلط عالي الدقة لنقل المسارات الحرجة إلى طبقات متعددة، كأنها بناء “طوابق” للرقاقة.

كثافة الترانزستور: من 155 إلى 238 مليون ترانزستور/مم²، بزيادة 55%

كفاءة الطاقة: زيادة 41%، مع رفع التردد الرئيسي بنسبة تقارب 13%

تردد SRAM: زيادة أكثر من 40%

توقعات هواوي: وصول تردد كيرين 2026 إلى 3.1 جيجاهرتز، وهدف 2029 هو 4 جيجاهرتز

ثالثًا، تطبيق مركز البيانات للذكاء الاصطناعي: ضغط كامل مسار التأخير

80% من استهلاك الطاقة و70% من التكاليف في تجمعات الذكاء الاصطناعي تتركز في نقل البيانات، والمفتاح هو تقليل زمن الاتصال.

1. الناقل الموحد (Unified Bus)

إلغاء البروتوكولات المتعددة، وتقليل زمن الوصول عن بعد من عشرات الميكروثانية إلى حوالي 100 نانوثانية، بسرعة 500 مرة.

2. Hi-ONE الاتصال الضوئي

معدل 8 تيرابيت/ثانية لكل وحدة، استبدال الأسلاك النحاسية بالألياف الضوئية، وزيادة المسافة من متر إلى 100 متر، لتناسب تجمعات الأجهزة المتعددة.

3. الطي ثلاثي الأبعاد (3D Folding)

حل مشكلة “زيادة المساحة بسرعة، وعدم مواكبة الواجهات” في التعبئة ثنائية الأبعاد، بنقل الذاكرة، وتغذية الطاقة، وواجهات الضوء إلى السطح العمودي، مع توسعة القدرة الحسابية بشكل متزامن.

توقعات: بحلول 2035، ستزيد تكاملية أجهزة الذكاء الاصطناعي بأكثر من 100 مرة

رابعًا، إعادة دمج المنطق والذاكرة

في السنوات المبكرة، تطورت وحدة المعالجة المركزية والذاكرة بشكل منفصل، لكن في عصر الذكاء الاصطناعي، أصبح نقل البيانات أكثر أهمية من الحساب، ويجب دمج الذاكرة والمنطق بشكل وثيق ثلاثي الأبعاد، مع ميل قوة الصناعة نحو الذاكرة والتعبئة.

خامسًا، التحديات المتبقية

أدوات EDA يجب أن تتوافق مع التصميم المكدس ثلاثي الأبعاد

تحسين اختلاف العمليات بين الرقائق، وتقليل خسائر الاتصال العمودي

تطوير معايير جديدة للكفاءة والطاقة وأداء الاختبار (Benchmark)

الخلاصة

انتهى عصر الحجم وفقًا لقانون مور، وبدأ عصر التوسيع الزمني.

بدلاً من الاعتماد على أجهزة الطباعة الضوئية الأكثر تقدمًا، يمكن الاستمرار في تحسين الأداء والكفاءة من خلال التكديس ثلاثي الأبعاد، والهندسة المعمارية للنظام، وتحسين الاتصال، وهو الطريق المستقبلي للسنوات العشر القادمة في أشباه الموصلات.