لا يكفي تحقيق اختراق بحثي لتحويل تقنية جديدة في أشباه الموصلات إلى حل قابل للإنتاج. ففرق البحث والتطوير تحتاج أيضاً إلى بيانات عالية الجودة، وافتراضات واقعية حول عمليات التصنيع، ووسائل للتعلم من السيليكون الفعلي. ومن هذا المنطلق، يزداد اعتماد القطاع على التعاون المبكر بين مؤسسات البحث، والمسابك، وموردي المعدات، ومطوري البرمجيات، ومصممي الشرائح.
تعرض تجربة التعاون طويل الأمد بين imec وSynopsys نموذجاً لهذا النهج. بدأت الشراكة في تقنيات الدوائر المتكاملة ثلاثية الأبعاد عام 2010، ثم توسعت إلى مجالات تشمل الأبعاد الهندسية العميقة، ونماذج وتقنيات التصميم بمساعدة الحاسوب للتقنية (TCAD)، والليثوغرافيا.
ما الذي يضيفه التعاون إلى البحث؟
تعمل imec كمركز للبحث والابتكار في أشباه الموصلات، وتجمع شركاء المنظومة لاستكشاف تقنيات العمليات والتغليف والأنظمة المستقبلية. ويمنح هذا الموقع الشركاء إمكانية الوصول إلى بيئات تطوير متقدمة، ووجهات نظر تقنية متعددة، وبيانات مستمدة من السيليكون، وهي موارد يصعب على مؤسسة واحدة تكرارها بشكل مستقل.
في المقابل، توفر Synopsys برمجيات ونماذج وخبرات هندسية تمتد من السيليكون إلى الأنظمة، وتستخدمها شركات تطور شرائح لتطبيقات تشمل الذكاء الاصطناعي، ومراكز البيانات، والهواتف المحمولة، والسيارات، والطيران والفضاء. ويتيح الجمع بين القدرات البحثية لدى imec وخبرة Synopsys في البرمجيات والهندسة اختبار الأفكار الناشئة والتحقق منها في وقت أبكر.
عملياً، تساعد هذه البيئة على اكتشاف القيود التقنية قبل وصول المشروع إلى مراحل متقدمة، وتقصير دورات التعلم، وتحسين الحلول بناءً على نتائج أقرب إلى ظروف التصنيع الحقيقية بدلاً من الاعتماد على افتراضات مثالية أو بيانات محدودة.
من البيانات الواقعية إلى قابلية التصنيع
يعتمد البحث والتطوير في أشباه الموصلات على بيانات موثوقة وافتراضات واقعية بشأن العملية وخبرة عملية مستمدة من السيليكون. وتوفر شراكات العملاء رؤية للتحديات التي تظهر في الاستخدامات الفعلية، بينما تساعد العلاقات مع المسابك في توضيح قيود التصنيع. لكن متطلبات السرية قد تحد من مشاركة مجموعات البيانات الكاملة، ولذلك يمكن أن تكمل شراكات البحث الخارجية العمل الداخلي وتوسع منصات التطوير ومصادر التعلم المتاحة للفرق الهندسية.
وتحتاج عملية التصنيع الدقيق في العقد المتقدمة إلى ربط التصميم، والعملية، والليثوغرافيا، والقياس، والمواد، والمعدات في وقت مبكر بما يكفي للتأثير في قرارات التطوير. ولا يقتصر التحدي على حل مشكلة تقنية منفردة؛ بل يشمل اختبار الحل في مواجهة افتراضات عملية واقعية ومتطلبات قابلية التصنيع قبل الاقتراب من الإنتاج واسع النطاق.
بحسب المادة، تغطي الأنشطة المشتركة بين imec وSynopsys مجالات متعددة، من التحسين المشترك للتصميم والتقنية (DTCO) وتقنيات TCAD إلى تصحيح القرب البصري (OPC) وتطوير الليثوغرافيا المتقدمة. ويهدف هذا الربط إلى تسريع التعلم وتحسين قابلية التصنيع والتأكد من أن الحلول تلبي متطلبات الأداء والدقة اللازمة للإنتاج بكميات كبيرة.
الليثوغرافيا عالية الدقة مثالاً
توضح الليثوغرافيا بالأشعة فوق البنفسجية القصوى ذات الفتحة العددية العالية (high-NA EUV) أهمية العمل في بيئة تطوير قريبة من الواقع. فقد جمعت الشراكة بين معرفة imec بالعمليات والبيانات التجريبية وبيئة التطوير الفعلية، وبين برمجيات Synopsys وخبرتها في النمذجة.
وشمل العمل مجالات مثل تحسين المصدر والقناع (SMO)، والليثوغرافيا العكسية (ILT)، وتصحيح القرب البصري (OPC)، والنمذجة. ويتيح اختبار الأفكار مقابل بيانات واقعية مقارنة النتائج في مرحلة مبكرة، كما يدعم اكتساب خبرة عملية في عمليات إخراج التصميم إلى التصنيع (tape-out)، بما يساعد على تصحيح الحلول وتحسينها عند العقد المتقدمة.
ماذا يعني ذلك مع توسع رقائق الذكاء الاصطناعي؟
تفرض رقائق الذكاء الاصطناعي ضغوطاً متزامنة على الأداء والطاقة والتكلفة والكثافة ودقة التصنيع. لذلك لا يعود من العملي فصل قرارات التصميم عن تطوير العمليات والتصنيع والتغليف المتقدم. وتدفع هذه المتطلبات منظومة أشباه الموصلات إلى التعاون في مراحل أبكر، بدءاً من استكشاف التقنية وصولاً إلى الإنتاج بكميات كبيرة.
الدرس العملي من النموذج المعروض هو أن الشراكات لا تقتصر على تبادل المعرفة، بل توفر حلقات تغذية راجعة أسرع، وتكشف القيود مبكراً، وتربط البحث بأدوات موجهة إلى الإنتاج. ومع ذلك، فإن المادة مصدرها مدونة راعية وكتبها Germain Fenger، المدير الأول لإدارة المنتجات في Synopsys؛ لذا ينبغي قراءة عرض مزايا التعاون باعتباره طرحاً مهنياً من الجهة المرتبطة به، لا تقييماً مستقلاً لأداء الشراكة.