ملخص
في صناعة أشباه الموصلات الديناميكية، هناك اتجاه حالي بعيدًا عن بنيات الرقائق التقليدية المتجانسة ونحو تصميمات أكثر معيارية تعتمد على الشرائح الصغيرة. وينطوي هذا التحول على أكثر من مجرد تعديل في أساليب الإنتاج. إنه يدل على تقدم كبير في الطريقة التي يتخيل بها قطاع الإلكترونيات، ويخلق، ويوزع الأجزاء الإلكترونية التي تزود الكوكب المعاصر بالطاقة. في عصر ما بعد قانون مور، أصبحت البنى المبنية على الشرائح الصغيرة حافزًا للابتكار وطريقة ممكنة للحفاظ على التطور الهائل في أداء الحوسبة.
يحتاج كل جهاز إنترنت الأشياء (IoT) إلى مجموعة مختلفة من الميزات، مثل الذاكرة، وقوة الحوسبة، وتكنولوجيا الاستشعار، والاتصال؛ وبالتالي، فإن تطوير هذه الميزات باستخدام نظام أشباه الموصلات التقليدي في دورة تطوير الشريحة (SoC) يعد أمرًا مكلفًا للغاية ويستغرق وقتًا طويلاً. ونتيجة لذلك، لا يتم إطلاق الكثير من السلع الإبداعية. ومع ذلك، فإن الرقائق المتجانسة لديها بديل، وهو شرائح السيليكون، التي يمكن إنتاجها بتكلفة رخيصة للغاية وتتيح التطوير السريع للوظائف المصممة باستخدام وحدات بناء معيارية. على الرغم من الصعوبات التكنولوجية والتجارية الفريدة التي تمثلها الشرائح الصغيرة، فإن صناعة أشباه الموصلات تتبنى بلا شك الفكرة وتبتكر حلولاً لتطوير بنيات الشرائح الصغيرة.
في الآونة الأخيرة، أصبحت الحلول القائمة على الشرائح واضحة كتقنية واعدة لتوسيع نطاق قانون مور ليشمل العديد من بائعي أشباه الموصلات البارزين في الصناعة ومقدمي الخدمات السحابية، مثل Intel وAMD وBroadcom وAmazon. وقد ساهمت مجموعة متنوعة من العوامل في ارتفاعها المذهل، بما في ذلك تجنب حجم القالب الكبير للغاية لتحقيق عوائد أعلى، وتمكين تنويع المنتجات من خلال تقنيات المزج والمطابقة لتوفير التكاليف وإعادة الاستخدام، وتشجيع التكامل غير المتجانس، الذي يتضمن دمج الشرائح الصغيرة من مختلف عقد العملية للوظيفة والتكلفة وتحسين الأداء.
الشكل 1: تكامل مجموعة الشرائح عبر سلسلة قيمة أشباه الموصلات
المصدر: تحليل DBMR
العوامل المؤثرة على اعتماد Chiplet
التحديات التي تمت مواجهتها أثناء هندسة Chiplet والتكامل
مميزات تقنية Chiplet
بمقارنة البنى القائمة على الشرائح الصغيرة مع الأنظمة التقليدية المتجانسة على الرقائق (SoCs)، تظهر العديد من الفوائد. تتضمن هذه الفوائد وظائف محسنة واستهلاكًا أقل للطاقة وزيادة حرية التصميم. يتوقع العديد من الخبراء أن تصبح الشرائح الصغيرة المتخصصة عنصرًا مشتركًا في الأدوات الاستهلاكية مع استمرار تقدم التكنولوجيا المتطورة.
وعلى الرغم من أن الشرائح التقليدية تسيطر الآن على غالبية تكنولوجيا الكمبيوتر في الأجهزة الإلكترونية، فمن الواضح أن هذا الاتجاه على وشك التغيير في المستقبل. ومع تقدم التكنولوجيا المتطورة، يتوقع الخبراء أن تصبح الشرائح الصغيرة المتخصصة مستخدمة على نطاق واسع.
يعد تكامل الشرائح غير المتجانسة حاليًا سوقًا سريع التوسع. تنتج كل من AMD وIntel معالجات دقيقة بكميات كبيرة تشتمل على تكنولوجيا التعبئة والتغليف المتكاملة غير المتجانسة وتصميمات الشرائح الصغيرة. تم الكشف عن شريحة M1 Ultra من شركة Apple في مارس 2022. ويتم استخدام بنية Chiplet في هذه الشريحة، مما يعمل على تحسين أداء أجهزة كمبيوتر Mac. ما زلنا في المراحل الأولى من تطوير وتصنيع الشرائح الصغيرة. ولكن مع ترسيخ معايير الصناعة، ستظهر نماذج حاسوبية لم يكن من الممكن تصورها حتى الآن.
شهد السوق العالمي للنظام على الرقاقة (SoC) نموًا كبيرًا بسبب الطلب المتزايد على SoC في تطبيقات متعددة بما في ذلك الأجهزة الذكية والمركبات ذاتية القيادة والأجهزة الطبية المحمولة وغيرها. إضافة إلى ذلك، فإن زيادة الاستثمار من قبل الهيئات الحكومية المختلفة نحو إنشاء مرافق التصنيع والإنتاج يكمل النمو في الفترة المتوقعة. وفقًا لتحليل Data Bridge Market Research، من المتوقع أن ينمو سوق النظام العالمي على الرقاقة (SoC) بمعدل نمو سنوي مركب (CAGR) يبلغ 8.55٪ في الفترة من 2022 إلى 2029.
لمعرفة المزيد عن الدراسة، قم بزيارة:https://www.databridgemarketresearch.com/ar/reports/global-system-on-chip-soc-market
العديد من الفرص والتحديات في سوق إنترنت الأشياء (IoT).
الشكل 1: دمج مجموعة الشرائح في أجهزة IOT المختلفة
المصدر: تحليل DBMR
للوصول إلى الأداء المتطور، تم تركيز الاستثمار في أشباه الموصلات على تصغير الأجهزة؛ ومع ذلك، فإن هذا ليس هو النهج الأفضل لأجهزة إنترنت الأشياء. كجزء من التوجه العالمي نحو التحول الرقمي، من المتوقع أن يحدث إنترنت الأشياء (IoT) ثورة في المؤسسات من جميع الأحجام مع إدخال تقنية الجيل الخامس والحوسبة السحابية. على مدى السنوات القليلة المقبلة على الأقل، من المتوقع أن يزيد الإنفاق العالمي على إنترنت الأشياء بمعدلات تزيد عن 10%.
لإنترنت الأشياء تأثير على كل جانب من جوانب المجتمع، بما في ذلك الشركات والحكومة والمستهلكين. وتقوم صناعات مثل التصنيع والنقل والمرافق باستثمارات كبيرة في هذه التكنولوجيا الجديدة. بالإضافة إلى ذلك، سيزيد المستهلكون الطلب على الأجهزة الذكية التي تبقيهم على اطلاع دائم بمنازلهم وصحتهم.
مع ظهور المزيد والمزيد من حالات الاستخدام الفريدة، يوفر العدد المتزايد من حالات استخدام إنترنت الأشياء إمكانات كبيرة لمصنعي أشباه الموصلات الذين يزودون المكونات الأساسية القائمة على السيليكون بالإضافة إلى مصنعي المعدات الأصلية الذين يتطلعون إلى تقديم حلول متطورة. ولكن لجعل حالات الاستخدام الجديدة هذه ممكنة وتعزيز السوق إلى أبعد من ذلك، يجب أن ينخفض سعر أجهزة إنترنت الأشياء، وبشكل خاص، رقائق السيليكون التي تشغل ذكاءها. كان الهدف من الاستثمار في أشباه الموصلات على مدار الخمسين عامًا الماضية هو تحسين أداء الدوائر المتكاملة للرقائق الأحادية المتجانسة المستخدمة في التطبيقات عالية الأداء. ونتيجة لذلك، فإن حجم كل ترانزستور فردي داخل رقائق أشباه الموصلات يتناقص باستمرار.
وقد أعادت الشركات في سلسلة توريد أشباه الموصلات الاستثمار في عقد إنترنت الأشياء الأقدم والأكثر رسوخا، ولكن من غير المرجح أن تستمر هذه الاستراتيجية. استجابةً لسوق إنترنت الأشياء، قامت الشركات المصنعة لأشباه الموصلات بموجة ثانية من الاستثمارات لاستخدام نفس النظام المتجانس على تقنية الرقاقة (SoC) لإعادة استخدام أحجام العقد السابقة والمحددة لاستخدامها في تطبيقات إنترنت الأشياء ذات الإشارات المختلطة. ويتجلى ذلك من خلال حقيقة أنه حتى مع إدخال عقد معالجة أحدث وأصغر، لا يزال هناك طلب كبير على الرقائق ذات أحجام العقد الأكبر. تنفق شركات أشباه الموصلات ملايين الدولارات على هذا التحدي الهائل المتمثل في ترحيل الوظائف التناظرية من 55 نانومتر و40 نانومتر إلى 22 نانومتر. يعد إجراء الترحيل أكثر صعوبة وتكلفة حيث تصبح الأشكال الهندسية أصغر.
من المتوقع أن تنمو صناعة إنترنت الأشياء بشكل كبير بالنسبة لشركات التكنولوجيا على مدى السنوات العشر المقبلة، ويهدف مصنعو الرقائق إلى بناء مجموعة من المنتجات التي ستمكنهم من تلبية مجموعة واسعة من الاستخدامات المحتملة في قطاعات متنوعة. ومع ذلك، وبالنظر إلى البنية المتجانسة الحالية، والتي تطرح مشكلات عبر أبعاد عديدة، فإن تحقيق ذلك عند نقطة تسعير مناسبة سيكون أمرًا صعبًا للغاية نظرًا لتنوع حالات استخدام إنترنت الأشياء.
يشهد السوق العالمي لحلول إنترنت الأشياء (IoT) نموًا كبيرًا في السنوات الأخيرة بسبب التطور السريع للبنية التحتية لتقنية 5G للاتصال عالي السرعة. إضافة إلى ذلك، فإن مبادرات المدن الذكية المتزايدة، وزيادة اعتماد السحابة واستخدام المزيد من الأجهزة المتصلة تكمّل نمو سوق إنترنت الأشياء بشكل عام في الفترة المتوقعة. وفقًا لتحليل Data Bridge Market Research، من المتوقع أن ينمو سوق حلول إنترنت الأشياء (IoT) العالمي بمعدل نمو سنوي مركب (CAGR) يبلغ 29.30٪ في الفترة من 2022 إلى 2029.
لمعرفة المزيد عن الدراسة، قم بزيارة:https://www.databridgemarketresearch.com/ar/reports/global-iot-solutions-market
تعمل الشرائح الصغيرة كمساعد في إزالة حواجز الدخول لإنترنت الأشياء
لا تعد المعالجات المتجانسة دائمًا أفضل طريقة لإنشاء أجهزة إنترنت الأشياء ذات الإشارات المختلطة. يعد استخدام بنيات الشرائح الصغيرة طريقة بديلة تتيح استخدام شرائح متعددة على ركيزة واحدة أو في حزمة واحدة، ولكل منها حجم عقدة عملية مميز. بالمقارنة مع نهج SoC، توفر هذه الأنواع من البنى عددًا من المزايا لمطوري منتجات إنترنت الأشياء، بما في ذلك تكاليف استثمار وإنتاج أقل مع انخفاض تكلفة التخصص. وبصرف النظر عن ذلك، تتضمن المزايا الأخرى وقتًا أقصر للتسويق، ومخاطر أقل للتوريد لمصنعي المعدات الأصلية، وتقسيمًا معماريًا أبسط.
يحتاج مصنعو المعدات الأصلية فقط إلى إنشاء الشرائح الصغيرة المتخصصة اللازمة لتطبيقاتهم ودمجها مع الشرائح الصغيرة المتاحة تجاريًا للحصول على الوظائف القياسية، كما تؤدي استراتيجية الشرائح الصغيرة أيضًا إلى انخفاض تكاليف التصميم لأي منتج نهائي معين.
نماذج أولية أسرع: يمكن لمصنعي المعدات الأصلية وشركات أشباه الموصلات مزج ومطابقة كتل السيليكون المختلفة، بما في ذلك الشرائح المخصصة، لإنشاء منتج تجريبي لاختبار السوق السريع، بدلاً من الحاجة إلى الاستثمار بكثافة في تطوير شريحة متجانسة جديدة والتأكد من أن جميع الكتل تعمل بشكل صحيح حجم العقدة المختارة
ترقيات أبسط: من خلال إضافة وظائف جديدة إلى الشريحة دون إعادة تصميمها بالكامل، يمكن اختيار الكتل الوظيفية من "مكتبة السيليكون" الخاصة بالملكية الفكرية لطرف ثالث (IP)، مما يوفر وقت الاختبار والتحقق من الصحة.
يعد هذا مفيدًا بشكل خاص إذا كانت بعض الميزات تتطور بسرعة أكبر من غيرها، كما هو الحال مع شرائح ML في الوقت الحالي.
من خلال تمكين مصنعي المعدات الأصلية من الحصول على كتلهم الوظيفية من عدة موردين بدلاً من مورد واحد فقط، تساعد تصميمات الشرائح الصغيرة على تقليل مخاطر التوريد.
سيقدم اعتماد الشرائح الصغيرة مستقبلًا باهرًا في المستقبل
إن التنوع المتزايد لتطبيقات إنترنت الأشياء منخفضة التكلفة المحتملة هو الذي يدفع نمو نهج الشريحة الصغيرة. إن قدرة Chiplets على التكيف، وسرعة طرحها في السوق، وانخفاض تكاليف التطوير والتصنيع، تجعل من الواضح أن لديها القدرة على تشغيل الموجة التالية من حلول إنترنت الأشياء المبتكرة وبأسعار معقولة. وبمساعدة هذه التصميمات، يمكن لمصنعي المعدات الأصلية (OEMs) دمج الميزات الرقمية والتناظرية المتطورة في منتجاتهم النهائية دون عناء، مما يوفر مرونة أكبر في التصميم بالإضافة إلى الأداء الأمثل. يمكن أن يؤدي استخدام إستراتيجية المزج والمطابقة أيضًا إلى انخفاض تكاليف التطوير لهذه العناصر نظرًا لأنه يمكن إنشاء الميزات الخاصة على شكل شرائح صغيرة ومن ثم إقرانها بشرائح صغيرة متاحة تجاريًا. كما تؤدي عملية التطوير والانتقال المبسطة إلى التصنيع إلى تحسن كبير في وقت الوصول إلى السوق.
ويمكن لشركات أشباه الموصلات أيضًا الاستفادة من هذه التقنية. باستخدام الشرائح الصغيرة، ستتمكن شركات أشباه الموصلات من إبقاء محافظها أصغر حجمًا، وخفض تكاليف التطوير والأطر الزمنية، وتقديم المزيد من المنتجات المثالية لمجموعة واسعة من التطبيقات. إن التقدم المستمر الذي تحرزه صناعة أشباه الموصلات في مجال التعبئة والتغليف والتوصيل البيني لتسهيل حالات الاستخدام هذه هو دليل على هذه الرغبة. ستستمر تقنيات التكامل في التطور لدعم المجموعة الكاملة من أجهزة إنترنت الأشياء، بدءًا من أجهزة استشعار السيارات المستقلة المعقدة للغاية والتي تدعم التعلم الآلي - حيث يكون الأداء أمرًا بالغ الأهمية - إلى العلامات الذكية ذات الأسعار المعقولة لاستخدام المستهلك.
خاتمة
تعتبر Chiplets خروجًا مرحبًا به عن تقنيات الرقائق التقليدية المتجانسة، وسوف تفتح الباب أمام عدد كبير من أجهزة إنترنت الأشياء المبتكرة وغير المكلفة التي لم يكن من الممكن تصورها في السابق. يمكن لكل من مصنعي المعدات الأصلية وشركات أشباه الموصلات الاستفادة من هذا فقط.
تتمتع تقنية Chiplet بالقدرة على إحداث تحول كامل في مجموعة واسعة من الصناعات، مثل استكشاف الفضاء، حيث تعد الأنظمة المعيارية والقابلة للتطوير ضرورية، والاتصالات لشبكات 5G وإلكترونيات السيارات لأنظمة مساعدة السائق المتقدمة (ADAS).
ومع التحديات التي يشكلها التوسع التقليدي لصناعة أشباه الموصلات، تظهر التصاميم القائمة على الشرائح الصغيرة كبديل قوي يمكن أن يدفع الجيل القادم من التطورات التكنولوجية. بفضل مرونتها التي لا مثيل لها، وتكلفتها المنخفضة، وقدرتها على تخصيص الوظائف لتلبية المتطلبات الفردية، تمثل الشرائح الصغيرة خروجًا كبيرًا عن النهج التقليدي للتصميم الإلكتروني. إن مهارة ورغبة المصممين والمهندسين في الصناعة في اعتماد وتطوير تكنولوجيا الشرائح ستكون حاسمة في تحديد اتجاه الإلكترونيات ونحن نقترب من هذا الواقع الجديد.
وقد خدمت DBMR أكثر من 40% من شركات Fortune 500 على المستوى الدولي ولديها شبكة تضم أكثر من 5000 عميل. سيكون فريقنا سعيدًا بمساعدتك في الرد على استفساراتك. يزور، https://www.databridgemarketresearch.com/ar/contact
اتصل بنا
