- تقوم الشرائح الصغيرة بتقسيم النظام المعقد إلى كتل وظيفية أصغر، مما يؤدي إلى تحسين التصنيع.
- إنها تسمح بقدر أكبر من قابلية التوسع والمرونة من خلال الجمع بين عقد التصنيع المختلفة في نفس النظام.
- وتتصدر شركات مثل AMD الطريق بهذا النهج في وحدات المعالجة المركزية ووحدات معالجة الرسومات الخاصة بها، حيث تتغلب على تحديات التصميم الضخمة.
تعمل تقنية Chiplet على إحداث ثورة في تصميم وتصنيع المعالجات والمكونات الإلكترونية. ولكن ما هي Chiplets بالضبط؟ لماذا يضعون مثل هذا الاتجاه المهم في قطاع التكنولوجيا؟ في السطور التالية، سنغوص في عالم الشرائح الرائعة، ونستكشف أصلها وفوائدها وقيودها وكيف تعمل على تحويل الصناعات مثل المعالجات ووحدات معالجة الرسومات وغيرها.
منذ اعتمادها الأولي، تحولت الرقاقات الصغيرة من أداة تقنية غير معروفة إلى ركن أساسي في تصميم الأجهزة المتقدمة. وقد بدأت شركات مثل AMD و Intel ، ومؤخرًا شركات أخرى في هذا المجال، باستكشاف الإمكانيات التي توفرها هذه الوحدات البنائية المعيارية. ستجد هنا كل ما تحتاج معرفته، مشروحًا بوضوح وتفصيل.
ما هو تشيبلت؟
الرقاقة الصغيرة هي في الأساس قطعة أو وحدة من الدوائر المتكاملة تُشكّل جزءًا من نظام أكبر من خلال العمل بالتنسيق مع رقاقات صغيرة أخرى. فبدلاً من تصميم معالج كامل أو وحدة معالجة رسومية كشريحة واحدة متجانسة ، يقوم المصنّعون بتقسيم التصميم إلى عدة رقاقات صغيرة تتصل ببعضها لتشكيل نظام متكامل. هذا النهج المعياري يُبسّط التصميم ، ويُقلّل التكاليف ، ويُحسّن قابلية التوسع.
هذا المفهوم ليس جديداً تماماً ، إذ أن وحدات الرقاقات المتعددة (MCMs) موجودة منذ عقود. ومع ذلك، يكمن ابتكار الرقاقات الصغيرة في مرونتها: حيث يمكن تصنيع كل رقاقة على عقد مختلفة، مما يسمح بتحسين التكاليف والأداء بشكل أكثر فعالية .
الدافع وراء استخدام شرائح Chiplets
يُعدّ استخدام الرقاقات الصغيرة حلاً أساسياً لتحديات تصميم وتصنيع الرقاقات المتزايدة التعقيد . فتصنيع رقاقة متكاملة ينطوي على احتمالية أكبر لحدوث عيوب، وتكاليف أعلى، وتحديات في قابلية التوسع . على سبيل المثال، من خلال تقسيم النظام إلى رقاقات صغيرة، يمكن تحسين الأداء على رقائق السيليكون ، مما يزيد من عدد الرقاقات القابلة للاستخدام.
تخيل رقاقة سيليكون: عند تصنيع شريحة متجانسة كبيرة، يؤثر أي عيب في منطقتها على وظائف الشريحة بأكملها. بتقسيم التصميم إلى شرائح أصغر، يقل تأثير العيوب لأنها تقتصر على جزء صغير من النظام الكلي، مما يقلل من الهدر.
المزايا الرئيسية للشرائح
- تقليل التكاليف: يؤدي تصنيع شرائح أصغر حجمًا إلى زيادة عدد الوحدات المفيدة لكل رقاقة، مما يقلل التكلفة لكل شريحة وظيفية.
- التدرجية: تتيح الشرائح الصغيرة إنشاء أنظمة معيارية، مما يجعل من السهل إضافة أنظمة جديدة. النوى أو الوظائف حسب الحاجة.
- المرونة في عقد التصنيع: يمكن تصنيع كل شريحة باستخدام عمليات مختلفة (على سبيل المثال، نوى معالجة 7 نانومتر ووحدات تحكم 14 نانومتر)، تحسين التكاليف والأداء.
- السرعة في التطوير: إعادة استخدام الشرائح المصممة بالفعل تسريع إنشاء أجيال جديدة من المنتجات.
أمثلة عملية على التصميم القائم على الشريحة
من أبرز الأمثلة على ذلك سلسلة معالجات AMD Ryzen . فبدءًا من الجيل الثالث (Ryzen 3000)، اعتمدت AMD نهج الرقاقات الصغيرة، حيث صُنعت نوى المعالجة (CCDs) بتقنية 7 نانومتر، بينما استخدمت رقاقة الإدخال/الإخراج (IOD) تقنية تصنيع أكثر اقتصادية تبلغ 12 نانومتر. وقد حافظت AMD على هذا التصميم في جيلي Ryzen 5000 و7000، مما مكّنها من التغلب على العديد من تحديات الرقاقات المتكاملة.
ومن الأمثلة الأخرى ذات الصلة معالجات الرسومات Radeon RX 7000 من AMD ، والتي تطبق تصميمًا قائمًا على الرقاقات للذاكرة والتخزين المؤقت ، مما يوفر مساحة في نواة الرسومات الرئيسية ويقلل من تعقيد التصميم بشكل عام.
الفرق بين Chiplets وMCM
من المهم عدم الخلط بين الرقاقات الصغيرة ووحدات الرقاقات المتعددة المذكورة سابقًا. فمع أن كليهما يجمع عدة رقاقات في حزمة واحدة، إلا أن الرقاقات الصغيرة تشير إلى وحدات وظيفية محددة تعمل معًا كنظام متكامل. في المقابل، تجمع وحدات الرقاقات المتعددة ببساطة عدة رقاقات دون نفس التماسك الوظيفي الذي توفره الرقاقات الصغيرة.
على سبيل المثال، قد يتضمن المعالج ذو تصميم MCM عدة نوى وذاكرة، ولكن بدون التحسين المحدد الذي تسمح به الرقاقات الصغيرة للعمل بكفاءة أكبر وقابلية للتوسع.
القيود والتحديات التي تواجهها شرائح Chiplets
لا يخلو التصميم القائم على الرقاقات الصغيرة من عيوبه. كما يطرح هذا النهج بعض التحديات التقنية الهامة :
- وقت الإستجابة: يضيف الاتصال بين الشرائح الصغيرة أوقات انتظار إضافية، والتي يمكن أن أداء التأثير في التطبيقات الحساسة لوقت الاستجابة.
- تعقيد الوسيط: يجب تصميم العناصر الوسيطة التي تعمل كوسطاء بين الشرائح بحيث التعامل مع اتصالات متعددة بكفاءة، مما يضيف التعقيد والتكلفة.
- المستهلكون: يمكن الربط بين الشرائح زيادة استهلاك الطاقة، خاصة إذا لم يتم تحسينها بشكل صحيح.
- المعايير: يمكن أن يؤدي الافتقار إلى التوحيد القياسي في واجهات الاتصال إلى يجعل من الصعب دمج الشرائح من مختلف الشركات المصنعة.
مستقبل شرائح البطاطس المقلية
يبدو مستقبل الرقاقات الصغيرة واعدًا، لا سيما مع اعتماد معايير الربط البيني مثل UCIe (الربط البيني العالمي السريع للرقاقات الصغيرة) ، والتي ستتيح دمج رقاقات صغيرة من مختلف المصنّعين في نظام واحد . سيفتح هذا المجال أمام حلول أكثر تنوعًا وتعاونًا، حيث يمكن للشركات المتخصصة المساهمة بمكوناتها الخاصة في النظام البيئي العالمي.
من الممكن أن يتضمن أحد السيناريوهات المستقبلية أنظمة تحتوي على وحدات معالجة مركزية من أحد المصنعين، ووحدات معالجة رسومية من مصنع آخر، ومسرعات محددة من جهة خارجية، وكلها مترابطة بكفاءة بفضل المعايير المفتوحة.
تقنية الرقاقات الصغيرة باقية لا محالة. فقدرتها على تجاوز القيود التقنية، وخفض التكاليف، وتقديم حلول قابلة للتطوير، تُحدث تحولاً جذرياً في قطاع أشباه الموصلات. ومع ريادة شركات مثل AMD وIntel و Nvidia لهذا المجال، وظهور معايير الربط البيني ، سيتوسع استخدام الرقاقات الصغيرة ليشمل تطبيقات جديدة في قطاعات مثل السيارات والذكاء الاصطناعي والحوسبة السحابية، متجاوزاً بذلك المعالجات ووحدات معالجة الرسومات. ورغم وجود بعض التحديات، تُمثل الرقاقات الصغيرة نهجاً معيارياً يُعيد تعريف كيفية تصميم وتصنيع المكونات الإلكترونية.
