📌مختبر سلسلة صناعة الذكاء الاصطناعي｜العدد الأول <فهم سلسلة صناعة أشباه الموصلات في 5 دقائق>

كثير من الناس يتابعون الذكاء الاصطناعي، وNVIDIA، وTSMC، ويعرفون أسماء مثل CPU وGPU وHBM، لكن القليل منهم يستطيع شرح العلاقات بينها بوضوح.
إذا لم تفهم سلسلة صناعة أشباه الموصلات، فلن تتمكن من جني الأموال من الذكاء الاصطناعي.
بعض الناس لا يزالون لا يفهمون لماذا شركة أشباه الموصلات، بعضها يعمل في التصميم، والبعض في التصنيع، والبعض الآخر فقط في التجميع.
اليوم، سأشرح هذه الأمور في 5 دقائق، من خلال ربطها بخط رئيسي واحد:
كيف تتحول حبة رمل إلى رقاقة؟
فهم هذا الخط الرئيسي، لن تتمكن فقط من فهم صناعة أشباه الموصلات، بل ستعرف أيضًا من أين تأتي قيمة الشركة.
🔔① ما العلاقة بين أشباه الموصلات والرقائق والمعالجات؟
(مقابل الصورة 01)
أول خطأ يقع فيه الكثيرون عند التعامل مع أشباه الموصلات هو الخلط بين المصطلحات الثلاثة.
في الواقع، هي علاقة احتواء.
أشباه الموصلات تشير إلى الصناعة بأكملها.
وتشمل جميع المراحل: المواد، المعدات، التصميم، التصنيع، التجميع والاختبار.
الرقاقة هي منتج يُصنع باستخدام مواد شبه موصلة، وهي في الأساس دائرة متكاملة تحتوي على عدد كبير من الترانزستورات.
أما المعالج (CPU) فهو مجرد فئة من الرقائق.
بالإضافة إلى CPU، هناك GPU، ورقائق الذاكرة، والرقائق التناظرية، ورقائق الترددات اللاسلكية، ورقائق تسريع الذكاء الاصطناعي...
لذا تذكر جملة واحدة:
أشباه الموصلات هي الصناعة، والرقائق هي المنتج، والمعالج (CPU) هو مجرد نوع من الرقائق.
كثيرون يدرسون أسهم أشباه الموصلات، ويحبون دائمًا مناقشة شركة معينة مباشرة.
لكن في الواقع، قبل مناقشة الشركة، الأهم هو بناء خريطة سلسلة الصناعة هذه أولاً.
وإلا، سيكون الأمر مثل من يحاول تحليل شركة سيارات دون معرفة مكونات السيارة، وسيضيع بسهولة.
🔔② لماذا سميت "أشباه الموصلات"؟
(مقابل الصورة 02)
المواد في العالم تنقسم تقريبًا إلى ثلاث فئات.
الفئة الأولى تسمى الموصلات. مثل النحاس والفضة والألومنيوم. التيار الكهربائي يمر عبرها بحرية تقريبًا.
الفئة الثانية تسمى العوازل. مثل البلاستيك والمطاط والزجاج، وهي لا توصل التيار تقريبًا.
أما أشباه الموصلات، فتقع بينهما.
أكبر ما يميزها ليس "توصيل القليل من الكهرباء"، بل يمكن التحكم فيها بشكل اصطناعي لتوصيل أو عدم توصيل الكهرباء.
أكثر المواد استخدامًا في الرقائق الحديثة هو السيليكون (Silicon).
السيليكون نفسه ليس موصلًا جيدًا بشكل خاص، ولكن بعد إضافة عناصر مثل البورون أو الفوسفور، يمكن التحكم بدقة في قدرته على التوصيل.
الترانزستور اخترع باستخدام هذه الخاصية.
يمكن القول، بدون السيليكون، لم تكن الحواسيب الحديثة موجودة. لذا سُميت الصناعة بأكملها بصناعة أشباه الموصلات.
🔔③ كيف تتحول حبة رمل إلى رقاقة؟
(مقابل الصورة 03)
نقطة البداية للرقاقة هي في الواقع رمل الكوارتز العادي، بعد تنقيته بدرجات حرارة عالية، نحصل على متعدد السيليكون عالي النقاوة.
لكن في هذه المرحلة لا يمكن تصنيع الرقاقة.
لأن البلورات داخل متعدد السيليكون غير منتظمة، والإلكترونات عند حركتها داخله تتعرض للتداخل.
لذا، يستخدم المهندسون عملية تسمى طريقة تشوتشرالسكي (Czochralski) لسحب متعدد السيليكون ببطء إلى قضيب واحد من السيليكون أحادي البلورة، لكي تتمكن الإلكترونات من التحرك بثبات وفق المسار المصمم.
بعد ذلك، يُقطع هذا القضيب إلى شرائح دائرية رقيقة سمكها أقل من 1 مم.
هذه هي المادة الأساسية الأهم في صناعة أشباه الموصلات: الرقاقة (Wafer). كثيرون يظنون أن الرقاقة هي نفسها الرقاقة الإلكترونية (Chip).
في الواقع لا. الرقاقة (Wafer) تشبه ورقة بيضاء.
جميع الدوائر تُرسم أولاً على هذه الورقة البيضاء.
ثم في النهاية تُقطع إلى رقاقات (Chips) فردية.
لذا، عندما ترى شركة تذكر في أعمالها "رقائق السيليكون" أو "الرقاقات" (Wafers)، فهي لا تبيع رقاقات إلكترونية بعد، بل تبيع المادة الخام الأساسية لصنع الرقاقات.
🔔④ كيف تُنقش الرقاقة؟
(مقابل الصورة 04)
بعد الحصول على الرقاقة (Wafer)، لا يزال الأمر غير كافٍ. ما يحدد أداء الرقاقة حقًا هو عملية التصنيع التالية.
كثيرون يظنون أن الرقاقة "تُنتَج".
في الواقع، بشكل أكثر دقة، إنها تُنحت طبقة تلو الأخرى.
أولاً، تكمل شركة تصميم الرقاقات تصميم الدائرة. ثم، يقوم المصنع بتطبيق طبقة موحدة من المقاوم الضوئي (Photoresist) على سطح الرقاقة. ثم، باستخدام آلة الطباعة الحجرية (Lithography)، يتم "تعريض" مخطط الدائرة المصممة على سطح الرقاقة.
المناطق التي يجب الاحتفاظ بها والمناطق التي يجب إزالتها تم تصميمها مسبقًا.
بعد ذلك، باستخدام معدات الحفر (Etching)، يتم "إزالة" الأجزاء غير المرغوب فيها شيئًا فشيئًا.
ثم، من خلال عمليات مثل الترسيب (Deposition)، حقن الأيونات (Ion Implantation)، والتلميع الكيميائي الميكانيكي (CMP)، يتم تراكم طبقات جديدة من المواد واحدة فوق الأخرى.
ثم، الطباعة الحجرية مرة أخرى، والحفر مرة أخرى، والترسيب مرة أخرى...
الرقاقات المتقدمة غالبًا ما تكرر هذه العملية مئات المرات.
في النهاية، يُبنى عشرات المليارات من الترانزستورات على شريحة سيليكون بحجم الظفر.
هذه هي عملية ميلاد الرقاقة الحقيقية.
حتى هنا، أكملت الرقاقة (Wafer) أكثر خطوات التصنيع تعقيدًا.
لكنها لا تزال غير قابلة للاستخدام المباشر.
لماذا؟
لأنها لا تزال "رقاقة عارية" (Bare Die).
🔔⑤ لماذا الرقاقة المصنعة لا يمكن بيعها مباشرة؟
(مقابل الصورة 05)
بعد مرور آلاف الخطوات من الطباعة الحجرية والحفر والترسيب، تكتمل الرقاقة (Wafer). لكن في هذه المرحلة، لا يمكن وضعها في الحاسوب أو الهاتف.
السبب بسيط.
لأنها هشة جدًا.
الرقاقة الحقيقية بحجم بضعة مليمترات مربعة إلى عشرات المليمترات المربعة.
بعد قطعها، تكون شريحة سيليكون مكشوفة.
لا يوجد طبقة حماية، ولا أرجل توصيل، ولا يمكن توصيلها باللوحة الأم.
لذا، يجب أن تمر بخطوتين أخيرتين:
التجميع (Package) والاختبار (Test)
التجميع ليس مجرد "تغليف".
بل يقوم بثلاث مهام مهمة:
أولاً: حماية الرقاقة.
ثانيًا: المساعدة في تبديد الحرارة.
ثالثًا: توصيل الرقاقة بالدوائر الخارجية.
أخيرًا، يتم الاختبار للتأكد من أن الأداء واستهلاك الطاقة والاستقرار يستوفون جميع المتطلبات.
عندها فقط تولد رقاقة قابلة للبيع حقًا.
كثيرون يعتقدون أن التجميع هو مجرد الخطوة الأخيرة.
في الواقع، في عصر الذكاء الاصطناعي، أصبح التجميع المتقدم (Advanced Packaging) واحدًا من أهم التقنيات في سلسلة الصناعة بأكملها.
لماذا؟
لأن GPU يصبح أكبر، وHBM يزداد، وChiplet يصبح أكثر تعقيدًا.
التجميع الآن لا يحدد فقط ما إذا كانت الرقاقة قابلة للاستخدام، بل يحدد أيضًا الحد الأعلى لأداء الرقاقة.
لذا في السنوات الأخيرة، أصبح التجميع المتقدم أحد أكثر الاتجاهات سخونة في الصناعة.
🔔⑥ لماذا أصبح تقسيم العمل في شركات أشباه الموصلات أكثر تفصيلاً؟
(مقابل الصورة 06)
إذا لاحظت صناعة أشباه الموصلات، ستجد ظاهرة مثيرة للاهتمام. تقريبًا لا توجد شركة واحدة تستطيع القيام بكل شيء.
لماذا؟
الإجابة في كلمتين فقط:
غالي جدًا
بناء مصنع رقاقات متقدم يتطلب استثمارات تصل إلى عشرات المليارات من الدولارات، وتطوير عملية تصنيع متقدمة يستغرق سنوات.
بالإضافة إلى المعدات والمواد والعمليات، كل مرحلة تتطلب تراكمًا طويل الأمد.
لذا، تطورت الصناعة تدريجيًا نحو التخصص، حيث تركز كل شركة مواردها على الحلقة التي تجيدها أكثر.
هذا هو سبب تشكل سلسلة صناعة أشباه الموصلات اليوم.
🔔⑦ لماذا الذكاء الاصطناعي ينعش سلسلة الصناعة بأكملها؟
(مقابل الصورة 08)
كثيرون يعتقدون: سوق الذكاء الاصطناعي هو سوق NVIDIA.
في الواقع، هذا مجرد حلقة واحدة من السلسلة.
خادم الذكاء الاصطناعي لا يحتوي فقط على GPU.
بل يحتوي أيضًا على:
CPU للمهام التنسيقية.
HBM للتخزين عالي السرعة.
PCB للتوصيل.
مبدلات عالية السرعة للاتصالات.
وحدات بصرية (Optical Modules) للنقل.
التجميع المتقدم لدمجها معًا.
إذا تعطلت أي حلقة، فلن يعمل خادم الذكاء الاصطناعي بشكل صحيح.
لذا، كل دولار إضافي يُستثمر في الذكاء الاصطناعي، لا يستفيد منه مصنعو GPU فقط، بل سلسلة صناعة أشباه الموصلات بأكملها.
وهذا هو السبب في أننا في السنوات الأخيرة لم نشهد فقط ارتفاع NVIDIA.
بل شركات مثل TSMC وBroadcom وMicron وSK Hynix وSamsung Electronics وApplied Materials وASML استفادت أيضًا باستمرار.
🔔⑧ لدراسة شركة أشباه موصلات، أجب أولاً على سؤال واحد
(مقابل الصورة 09)
عندما نرى شركة أشباه موصلات، لا نتعجل في النظر إلى مضاعف الربحية (PE) ولا إلى سعر السهم.
بل نسأل أنفسنا أولاً:
أين موقعها في سلسلة الصناعة؟
لأن موقع السلسلة يحدد ما تكسب منه.
شركات المواد تكسب من المواد الاستهلاكية.
شركات المعدات تكسب من بيع المعدات.
شركات التصميم تكسب من حقوق الملكية الفكرية.
مصانع الرقاقات (Fabs) تكسب من قدرات التصنيع.
مصانع التجميع تكسب من العمليات المتقدمة.
مواقع مختلفة تعني نماذج أعمال مختلفة تمامًا.
فهم هذا يجعل منطق تقييم العديد من الشركات واضحًا جدًا.
في الختام
كثيرون يتابعون الذكاء الاصطناعي ويركزون على شركة واحدة فقط.
لكن ما يدفع ثورة الذكاء الاصطناعي حقًا ليس شركة واحدة.
بل سلسلة صناعة كاملة تمتد عبر المواد والمعدات والتصميم والتصنيع والتجميع والخوادم والحوسبة السحابية.
فهم هذه السلسلة، لن ترى بعد ذلك أسعار الأسهم فقط، بل سترى المنطق الأساسي لتدفق الأموال في عصر الذكاء الاصطناعي.
في العدد القادم، سنستمر في تفكيك موضوع سهل الخلط:
ما الفرق بين CPU وGPU وNPU وFPGA وASIC؟
لماذا يكاد تدريب الذكاء الاصطناعي لا يمكن الاستغناء عن GPU؟
لماذا تبدأ رقائق الاستدلال (Inference) في التنوع؟
أين يحدث التنافس الحقيقي في رقائق الذكاء الاصطناعي؟