تراهن شركة تصنيع الرقائق العالمية العملاقة TSMC (TSM.US) بشكل كبير على رقائق الضوئيات السيليكونية، الجيل القادم من التكنولوجيا المتطورة في تصنيع الرقائق، لتحفيز نمو الأداء والسعي لجعل تطبيقات الذكاء الاصطناعي التوليدية مثل ChatGPT أكثر قوة. تعد ضوئيات السيليكون مجالًا تكنولوجيًا ناشئًا يجمع بين رقائق السيليكون والتكنولوجيا البصرية.
تعد TSMC أكبر مسبك للرقائق التعاقدية في العالم وهي حاليًا قادرة على إنتاج شرائح الذكاء الاصطناعي الأكثر تقدمًا في السوق، بما في ذلك شرائح Nvidia A100/H100. وقال دوجلاس يو، المدير التنفيذي لشركة TSMC، إن الشركة تتطلع حاليًا إلى تحسين أداء رقائق الذكاء الاصطناعي.
وقال دوجلاس يو في منتدى قبل افتتاح معرض صناعة أشباه الموصلات التايواني في الصين في الخامس من سبتمبر: "إذا تمكنا من توفير نظام متكامل جيد لضوئيات السيليكون... فيمكننا حل القضايا الرئيسية في كفاءة الطاقة والقدرة الحاسوبية (أداء) الذكاء الاصطناعي. سيكون هذا نقلة نوعية جديدة. ربما نكون في بداية عصر جديد".
وقال يو إن الدافع وراء نظام ضوئيات سيليكون أفضل وأكثر تكاملاً هو قوة الحوسبة الهائلة المطلوبة لتشغيل نماذج لغوية كبيرة (LLMs) - وهي التكنولوجيا التي تدعم برامج الدردشة الآلية (مثل ChatGPT وGoogle Bard) وغيرها من تطبيقات حوسبة الذكاء الاصطناعي.
وفقًا لتقارير وسائل الإعلام، شكلت TSMC فريق بحث وتطوير يضم حوالي 200 شخص لاستهداف الفرص التجارية القادمة لرقائق السيليكون الضوئية فائقة السرعة في العام المقبل. لا تعمل الشركة بشكل نشط على الترويج لتكنولوجيا شرائح السيليكون الضوئية فحسب، بل تتعاون أيضًا مع كبار العملاء مثل Broadcom وNvidia لتطوير سيناريوهات التطبيقات بشكل مشترك والتي تتمحور حول هذه التكنولوجيا. وبحسب تقارير إعلامية، يهدف هذا التعاون إلى إنتاج الجيل القادم من رقائق السيليكون الضوئية. قد تغطي العمليات ذات الصلة 45 نانومتر إلى 7 نانومتر، ومن المتوقع أن تبدأ محطات التطبيق في النصف الثاني من عام 2024.
أدى اقتراب قانون مور إلى الحد الأقصى إلى إبطاء تحسين أداء الرقائق الإلكترونية التقليدية إلى حد كبير. توفر رقائق السيليكون الضوئية حلاً لتحسين الأداء يعتمد على تقنية الضوء، مما يعمل على تسريع توسيع أداء الشريحة على الرغم من القيود التي تفرضها تقنية معالجة النانومتر.
ومع دخول الابتكار والتطوير في مجال الرقائق العالمية "عصر ما بعد مور"، لم تعد وحدات المعالجة المركزية، التي كانت القوة الرئيسية في تعزيز تنمية المجتمع البشري، قادرة على تحقيق اختراقات سريعة على مستوى "النانو متر الواسع" في أقل من 5 سنوات مثل 22 نانومتر - 10 نانومتر. تواجه الاختراقات اللاحقة على مستوى نانومتر العديد من العقبات مثل تكاليف التصنيع المرتفعة للغاية والصعوبات التقنية في حفر الأنفاق الكمومية.
ومع ذلك، مع قدوم عصر الذكاء الاصطناعي، فهذا يعني أن الطلب على قوة الحوسبة العالمية يشهد نموًا هائلاً، وأن الطلب على الرقائق عالية الأداء للغاية سوف ينمو فقط. وقد أدى ذلك أيضًا إلى زيادة أهمية رقائق السيليكون الضوئية، التي تجمع بين التكنولوجيا البصرية والدوائر المتكاملة القائمة على السيليكون، في مجال تصنيع الرقائق.
تقنية الضوئيات السيليكونية هي تقنية تدمج المكونات البصرية مثل أجهزة الليزر مع الدوائر المتكاملة القائمة على السيليكون لتحقيق نقل بيانات عالي السرعة ومسافات نقل أطول واستهلاك منخفض للطاقة من خلال الضوء بدلاً من الإشارات الكهربائية. بالإضافة إلى ذلك، فهو يوفر زمن وصول أقل.
أصبحت ضوئيات السيليكون مجالًا للاستثمار المكثف في صناعة الرقائق، حيث تتطلع العديد من شركات التكنولوجيا إلى الاستخدامات المحتملة لها، بدءًا من مراكز البيانات وأجهزة الكمبيوتر العملاقة ومعدات الشبكات إلى السيارات ذاتية القيادة وأنظمة الرادار الدفاعية. تُستخدم تقنية الضوئيات السيليكونية حاليًا في مجالات مثل الاتصالات البصرية والاستشعار البصري، مع التركيز على نقل الإشارات الضوئية ومعالجتها والتحكم فيها؛ وتشمل التطبيقات النموذجية التوصيل البيني لمراكز البيانات، والحوسبة عالية الأداء، واتصالات الألياف الضوئية، وما إلى ذلك.
لذلك، تتمتع رقائق السيليكون الضوئية بإمكانيات كبيرة في سيناريوهات التطبيقات ذات النطاق الترددي العالي ومنخفضة الطاقة مثل اتصالات البيانات عالية السرعة والترابط بين مراكز البيانات. ومع تزايد معدل انتشار خدمات الحوسبة السحابية القائمة على تكنولوجيا الذكاء الاصطناعي وتطبيقات الذكاء الاصطناعي المولدة لـ ChatGPT، يزداد الطلب على طاقة الحوسبة، وقد تلعب رقائق السيليكون الضوئية دورًا مهمًا في هذه المجالات.
تعمل شركات التكنولوجيا العملاقة مثل Intel وCisco وIBM منذ فترة طويلة على تطوير حلول ضوئيات السيليكون وأنظمة ضوئيات السيليكون الخاصة بها.
إن شركة Nvidia، التي تعد حاليًا شركة الرقائق الأكثر قيمة في العالم، تمتلك حاليًا أكبر سوق في الرقائق التي تعمل على تشغيل مسرعات خوادم مراكز البيانات لتطوير/تشغيل نماذج لغوية كبيرة. استحوذت الشركة الأمريكية سابقًا على شركة Mellanox لتكنولوجيا ربط الألياف الضوئية.
تظهر بيانات التوقعات الصادرة عن الرابطة الدولية لصناعة أشباه الموصلات (SEMI) أنه بحلول عام 2030، من المتوقع أن يصل سوق أشباه الموصلات الضوئيات السيليكونية العالمية إلى 7.86 مليار دولار أمريكي، مع توقع أن يصل معدل النمو السنوي المركب إلى 25.7٪، وهي زيادة كبيرة من 1.26 مليار دولار أمريكي فقط في عام 2022.
تعتبر البيانات المتوقعة الصادرة عن مؤسسة Mordor Intelligence، وهي مؤسسة بحثية معروفة، متحفظة نسبيًا. ومن المتوقع أن يصل حجم سوق الضوئيات السيليكون إلى 1.49 مليار دولار أمريكي في عام 2023. وتتوقع الوكالة أن يصل إلى 4.54 مليار دولار أمريكي بحلول عام 2028، بمعدل نمو سنوي مركب قدره 24.98٪ خلال الفترة المتوقعة (2023-2028).
وأشارت الوكالة إلى أن ضوئيات السيليكون هي فرع متطور من الضوئيات التي تتمتع بمزايا واضحة مقارنة بالموصلات الكهربائية في منتجات أشباه الموصلات المستخدمة في أنظمة النقل عالية السرعة. وتَعِد هذه التكنولوجيا بزيادة سرعات النقل إلى 100 جيجابت في الثانية، وقد استخدمت شركات التكنولوجيا مثل IBM وIntel وKothura هذه التكنولوجيا لتحقيق اختراقات. بالإضافة إلى ذلك، أحدثت هذه التكنولوجيا ثورة في صناعة أشباه الموصلات، واعدة بنقل البيانات ومعالجتها بسرعة فائقة.
قال دوجلاس يو، المدير التنفيذي لشركة TSMC، إن عملاق تصنيع الرقائق يدرس تقنية تصنيع الرقائق التي تستخدم تقنية تكديس وتغليف الرقائق المتقدمة المطورة حصريًا لبناء أنظمة ضوئيات سيليكون متكاملة. أصبحت تعبئة الرقائق المتقدمة مجالًا مهمًا يحظى باهتمام كبير للعديد من أكبر الشركات المصنعة للرقائق في العالم - Intel وSamsung وTSMC، لأن تقنيات تغليف الرقائق المتقدمة مثل 2.5D/3D تساعدهم على إنشاء شرائح أكثر قوة.
لكن يو قال أيضًا إن مثل هذا النظام المتكامل، الذي يجمع ويربط بين ضوئيات السيليكون وأنواع مختلفة من الرقائق، ويستخدم تكنولوجيا التعبئة والتغليف والتكديس المتقدمة الخاصة به، لا يزال قيد التطوير والإنتاج التجريبي، ولم يدخل بعد في الإنتاج الضخم على نطاق واسع.
ويتبنى Tien Wu، الرئيس التنفيذي لشركة ASE Semiconductor ASX.US، إحدى أكبر الشركات في العالم التي تقدم خدمات تعبئة واختبار الرقائق، وجهة نظر مماثلة. وقال إن الطريقة الجديدة لتعبئة ودمج تكنولوجيا الضوئيات السيليكونية ستلعب دورًا حيويًا في حل أحد الاختناقات الرئيسية لنظام الطاقة الحاسوبية من الجيل التالي.
تشتمل تقنيات التغليف المتقدمة الحالية لضوئيات السيليكون على ما يلي: التغليف المتكامل العمودي، والبصريات المعبأة بشكل مشترك (CPO)، والتغليف المرفق بالألياف، والتعبئة المستندة إلى الدليل الموجي، والتعبئة والتغليف للركيزة الزجاجية.
من بينها، تعد تقنية CPO أحد مجالات تكنولوجيا التغليف التي يركز عليها مصنعو الرقائق العالميون. هذه طريقة متكاملة للغاية لتجميع المكونات الضوئية والإلكترونية في نفس الحزمة. ويساعد ذلك على تقليل المسافة بين البصريات والإلكترونيات، مما يحسن كفاءة استخدام الطاقة وأداء الوصلات البينية لمراكز البيانات. قال محللو الصناعة إنه نظرًا لأن عمالقة الرقائق مثل TSMC وIntel وNVIDIA وBroadcom قاموا على التوالي بتطوير رقائق السيليكون الضوئية وتقنية البصريات المجمعة المهمة (CPO)، فمن المتوقع أن يشهد سوق CPO نموًا هائلاً في وقت مبكر من عام 2024.
يُظهر تقرير بحثي صدر مؤخرًا عن Sphericalinsights، وهي مؤسسة بحثية معروفة، أنه من المتوقع أن ينمو سوق البصريات العالمية المجمعة بمعدل نمو سنوي مركب قدره 68.9٪ من عام 2022 إلى عام 2032. ومن المتوقع أن يصل سوق البصريات العالمية المجمعة إلى 2.84 مليار دولار أمريكي بحلول عام 2032. وتقدر الوكالة أن السوق في عام 2022 سيكون 15 مليون دولار أمريكي فقط.
أشارت Sphericalinsights إلى أن منصات شرائح السيليكون يُنظر إليها على نطاق واسع في الصناعة باعتبارها منصة تكامل ضوئيات السيليكون الواعدة واسعة النطاق، في حين تعتبر البصريات المجمعة على نطاق واسع مثالية للتوصيلات البينية المحتملة لمراكز البيانات. تعد البصريات المعبأة بشكل مشترك (CPOs) أو البصريات المضمنة في العبوة (IPO) مجموعات هجينة معقدة من الأجهزة البصرية والأجهزة القائمة على السيليكون على منصة تعبئة واحدة، تهدف إلى حل مشكلات عرض النطاق الترددي واستهلاك الطاقة من الجيل التالي.
وصول:
جينغدونغ مول