تُعد TSMC's 3Dblox 2.0 نقطة تحول في توحيد معايير تصميم الرقائق المتقدمة

صناعة أشباه الموصلات تشهد تحولًا جوهريًا، وTSMC قامت للتو بتحريك قطعة أخرى من الشطرنج قد تعيد تشكيل كيفية تصميم الرقائق من الجيل التالي. في منتدى نظام بيئة OIP لعام 2023، كشفت الشركة عن 3Dblox 2.0، وهو معيار مفتوح محدث يبسط تخطيط بنية الدوائر المتكاملة (3D IC)—وهو يكتسب بالفعل زخمًا بين كبار اللاعبين مثل AMD، Micron، Samsung Memory، و SK hynix.

لماذا يهم 3Dblox 2.0: كسر عنق الزجاجة في التصميم ثلاثي الأبعاد

لسنوات، كان تصميم الرقائق المكدسة ثلاثية الأبعاد كابوسًا من التعقيد. كان على المهندسين التوفيق بين توزيع الطاقة، إدارة الحرارة، والقيود الفيزيائية عبر طبقات متعددة، غالبًا باستخدام أدوات معزولة لا تتواصل مع بعضها البعض. يغير 3Dblox 2.0 تلك المشكلة الأساسية.

يتيح المعيار الجديد شيئًا كان مستحيلًا سابقًا: يمكن للمصممين الآن استكشاف البنى ثلاثية الأبعاد، وتحديد مجالات الطاقة، وبناء التصاميم الفيزيائية، ومحاكاة سلوك الحرارة والطاقة كلها ضمن بيئة متكاملة واحدة. فكر فيها كأنها مركز قيادة موحد لمهندسي الرقائق بدلاً من غرف تحكم متفرقة. هذا النهج “البيئي الشامل” يسرع بشكل كبير الرحلة من المفهوم الأولي إلى السيليكون النهائي.

الزيادات في الكفاءة ملحوظة. من خلال تمكين دراسات جدوى الطاقة والحرارة في المراحل المبكرة قبل الالتزام بالتصميم التفصيلي، يمكن للشركات اكتشاف المشكلات التي قد تظهر بعد شهور من التطوير. ميزات التماثل بين الرقائق تعزز الإنتاجية أكثر من خلال السماح بإعادة استخدام التصميم عبر حالات متعددة.

نظام بيئة يتشكل: 21 شريكًا ويزداد عددهم

TSMC لا تبني هذا بمعزل. تحالف 3DFabric يضم الآن 21 شريكًا صناعيًا ينسق عبر سلسلة تصنيع أشباه الموصلات بأكملها. ما بدأ كإطار تعاون تطور ليصبح مزود حلول كامل يتناول الذاكرة، والركيزة، والاختبار، والتصنيع، والتكامل في التعبئة.

جزء التعاون في الذاكرة هو مؤشر مهم على اتجاه الصناعة. لتلبية الطلب غير المشبع على الذكاء الاصطناعي التوليدي والنماذج اللغوية الكبيرة، كثفت TSMC شراكاتها مع Micron، Samsung Memory، و SK hynix في تقنيات الذاكرة HBM3 و HBM3e. هذه الحلول عالية النطاق الترددي ليست رفاهية—بل متطلبات أساسية لأنظمة الذكاء الاصطناعي التي تتطلب سعة عالية وسرعة نقل بيانات.

والمهم أيضًا هو ابتكار الركيزة. بالتعاون مع IBIDEN و UMTC، حددت TSMC ملفات تصميم الركيزة المعيارية التي تتيح التوجيه التلقائي—خطوة تستهدف تحسين الإنتاجية بمقدار 10 مرات. عندما تتولى تنسيق آلاف الاتصالات بين الرقائق المكدسة في ترتيب ثلاثي الأبعاد، تصبح أدوات التصميم الآلي للتصنيع (DFM) ضرورية.

تحدي الاختبار الذي لا يتحدث عنه أحد

أحد الأبعاد التي غالبًا ما تُغفل هو الاختبار. مع تزايد الأبعاد الثلاثية للرقائق، تتعطل منهجيات الاختبار التقليدية. كيف تتحقق من أن الرقاقة المكدسة بين طبقتين أو ثلاث تعمل بشكل صحيح؟ تتعاون TSMC مع Advantest و Teradyne، عملاقا معدات الاختبار الآلي (ATE)، لتطوير حلول تستخدم الواجهات الوظيفية للاختبار عالي السرعة للطبقات المكدسة. تهدف العروض المبكرة إلى تحقيق تحسين آخر بمقدار 10 مرات في مرحلة الاختبار.

هذا مهم لأن فقدان العائد في التكوينات ثلاثية الأبعاد يمكن أن يكون كارثيًا—العيوب ليست مجرد مشاكل تصنيعية، بل تكلفتها أعلى بكثير بعد التكديس.

نظام بيئة EDA يرد

بعيدًا عن جهود TSMC الداخلية، أنشأت الشركة لجنة 3Dblox كمجلس معايير مستقل، بمشاركة من Ansys، Cadence، Siemens، و Synopsys. تعمل هذه اللجنة على عشرة مجموعات عمل فنية باستمرار على اقتراح تحسينات للمواصفات وضمان تداخل أدوات EDA. الهدف طموح: إنشاء معيار مستقل عن البائع يتيح للمصممين دمج الرقائق المكدسة من أي مصنع دون تنازلات معمارية.

يمكن للمصممين الآن الوصول إلى أحدث مواصفات 3Dblox بشكل علني، مع تطوير بائعي أدوات EDA لتنفيذ المعيار بشكل عملي وليس نظري.

ماذا يعني هذا للذكاء الاصطناعي وما بعده

التطبيقات الفورية واضحة. استغلّت AMD تغليف TSMC المتقدم ثلاثي الأبعاد لمرسلات MI300، محققة أداءً رائدًا في الصناعة وعرض نطاق ذاكرة عالي لأعباء العمل في الذكاء الاصطناعي. لكن التداعيات تمتد أبعد من ذلك. أنظمة الحوسبة عالية الأداء (HPC)، والمعالجات المحمولة التي تتعامل مع استنتاجات الذكاء الاصطناعي بشكل متزايد، والبنية التحتية لمراكز البيانات تعتمد جميعها على القدرة على تكديس الرقائق غير المتجانسة بكفاءة.

من خلال توحيد تصميم الدوائر المتكاملة ثلاثية الأبعاد عبر 3Dblox وتنسيق التصنيع عبر تحالف 3DFabric، لا تقوم TSMC فقط بتحسين إنتاجية التصميم—بل تزيل القيود المعمارية التي كانت تجبر الشركات سابقًا على الاختيار بين الأداء، وكفاءة الطاقة، وسرعة الوصول إلى السوق.

الصورة الأكبر: من حواجز الابتكار إلى مسرعات الابتكار

هذا يعيد إلى الأذهان سبب إطلاق TSMC لمنصة الابتكار المفتوحة (OIP) قبل 15 عامًا. أوضح الدكتور L.C. Lu، زميل الشركة ونائب رئيس منصة التصميم والتكنولوجيا، ذلك بقوله: مع تبني الصناعة لفكر الدوائر المتكاملة ثلاثية الأبعاد، أصبح التعاون أكثر أهمية، وليس أقل.

تدير TSMC نظام بيئة ضخم—أكثر من 70,000 عنوان براءة اختراع، و46,000 ملف تكنولوجي، وأكثر من 3,300 مجموعة أدوات تصميم عمليات تمتد من 0.5 ميكرون إلى نانومترين. في عام 2022 وحده، نفذت الشركة 288 تقنية عملية مميزة لـ 532 عميلًا. هذا الحجم الكبير لا ينجح إلا من خلال التوحيد القياسي والتعاون.

يمثل 3Dblox 2.0 وتحالف 3DFabric الموسع التطور التالي: تحويل الاختناقات المحتملة إلى معدلات تدفق، وجعل الابتكار في أشباه الموصلات المتقدمة متاحًا ليس فقط للشركات ذات الموارد الكبيرة، بل للنظام البيئي الأوسع. سواء كنت تصمم مسرعات الذكاء الاصطناعي، أو حلول النظام على الرقاقة، أو معالجات الجيل التالي للهواتف المحمولة، فإن الحواجز أمام الوصول إلى قدرات TSMC ثلاثية الأبعاد تتفكك بشكل منهجي.