إنجازٌ برمجيٌّ محليٌّ في مجال تصميم الدوائر الإلكترونية اللاسلكية! يتحدث ماو جونفا، الأكاديمي في الأكاديمية الصينية للعلوم، عن اتجاه ومسار الاختراق في مجال الدوائر المتكاملة غير المتجانسة لأشباه الموصلات.

الصفحة الرئيسية أخبار الأخبار الصناعية إنجازٌ برمجيٌّ محليٌّ في مجال تصميم الدوائر الإلكترونية اللاسلكية! يتحدث ماو جونفا، الأكاديمي في الأكاديمية الصينية للعلوم، عن اتجاه ومسار الاختراق في مجال الدوائر المتكاملة غير المتجانسة لأشباه الموصلات.

2022-03-17 286

في التاسع من يونيو، وخلال المؤتمر العالمي لأشباه الموصلات ومعرض نانجينغ الدولي لأشباه الموصلات لعام 2021، صرّح ماو جونفا، الأكاديمي في الأكاديمية الصينية للعلوم وعضو اللجنة الدائمة للجنة الحزب ونائب رئيس جامعة شنغهاي جياو تونغ، بأن الدوائر المتكاملة تُعدّ صناعة ذات طلب استراتيجي وطني. في عام 2020، استوردت الصين دوائر متكاملة بقيمة 350 مليار دولار أمريكي (مقابل 176 مليار دولار أمريكي من واردات النفط في العام نفسه). وتعتمد رقائق الصين المتطورة بشكل أساسي على الواردات.

الصورة: ماو جونفا، أكاديمي في الأكاديمية الصينية للعلوم، وعضو اللجنة الدائمة للجنة الحزب، ونائب رئيس جامعة شنغهاي جياو تونغ

أشار تحديدًا إلى ثلاثة أسباب لتأخر صناعة الدوائر المتكاملة في الصين: 1. تأخر تقنيات تصميم الدوائر الإلكترونية (EDA). على الرغم من وجود العديد من خوارزميات البحث في هذه المرحلة، إلا أنها متفرقة للغاية، وتفتقر إلى قدرات التخطيط والتكامل والتشكيل. كما أن قدرات هندسة البرمجيات واسعة النطاق ضعيفة، والخبرة قليلة، والمستخدمون يفضلون استخدام أدوات البرمجيات المحلية؛ 2. تأخر المعدات، ويعود ذلك أساسًا إلى عوامل مثل القدرات العامة وبيئة السوق؛ 3. تأخر الأجهزة والدوائر، وتأخر المواد عالية الأداء؛ وعدم كفاية دقة واستقرار عمليات التصنيع.

الآن، حتى لو كنت تملك المال، لا يمكنك شراء الدوائر المتكاملة. ففي مايو 2020، أعلنت وزارة التجارة الأمريكية فرض قيود شاملة على شراء شركة هواوي لمنتجات أشباه الموصلات المصنعة بتقنية أمريكية؛ وفي أبريل 2021، اقترح المشرعون الأمريكيون فرض ضوابط تصدير على جميع شركات تصنيع الرقائق الصينية التي تقل تقنية تصنيعها عن 14 نانومتر.

يوجد حاليًا مساران رئيسيان لتطوير الرقائق الإلكترونية: الأول هو مواصلة قانون مور، والآخر هو تجاوزه. قانون مور معروف للجميع، لكننا نواجه الآن تحديات عديدة، منها تحديات تتعلق بالحدود الفيزيائية، والقدرات التكنولوجية، والتكاليف الاقتصادية. إن مجرد حساب التكاليف الاقتصادية وحدها أمر بالغ الصعوبة. هناك طرق عديدة لتجاوز قانون مور، ويعتقد الأكاديمي ماو جونفا أن أحد هذه الطرق هو الدوائر المتكاملة غير المتجانسة.

ستكون الدوائر المتكاملة غير المتجانسة لأشباه الموصلات أحد المسارات المحتملة أمام الرقائق الصينية للتفوق في بعض المجالات.

أوضح الأكاديمي ماو جونفا أن الدوائر المتكاملة غير المتجانسة لأشباه الموصلات تُصنع من خلال دمج أجهزة أو رقائق أشباه موصلات مركبة عالية الأداء في عقد معالجة مختلفة، وأجهزة سيليكونية منخفضة التكلفة وعالية التكامل في رقائق (بما في ذلك الأجهزة أو الرقائق الكهروضوئية)، ودمجها مع مكونات سلبية أو هوائيات من خلال تركيب روابط غير متجانسة أو نمو خارجي. وأشار الأكاديمي ماو إلى أن الدوائر المتكاملة غير المتجانسة تتميز بخصائص بارزة: أولاً، قدرتها على دمج مزايا مواد أشباه الموصلات المختلفة، وعملياتها، وهياكلها، ومكوناتها أو رقائقها؛ ثانياً، تبنيها مفاهيم تصميم الأنظمة؛ ثالثاً، تطبيقها تقنيات متقدمة مثل الملكية الفكرية والرقائق الصغيرة؛ كما أنها تتميز بهياكل عالية الكثافة ثنائية الأبعاد ونصف أو ثلاثية الأبعاد. وتتمتع الدوائر المتكاملة غير المتجانسة بمزايا واضحة: أولاً، قدرتها على تحقيق وظائف معقدة قوية، وأداء شامل ممتاز، وتجاوز حدود أداء عملية أشباه الموصلات الفردية؛ ثانياً، مرونتها العالية، وموثوقيتها الكبيرة، ودورات البحث والتطوير القصيرة. ثالثًا، يمكن للتكامل ثلاثي الأبعاد تحقيق التصغير وخفة الوزن؛ متطلبات معدات أشباه الموصلات منخفضة نسبيًا ولا تقتصر على آلات الطباعة الحجرية بالأشعة فوق البنفسجية القصوى.

وقد قدم على وجه التحديد الدوائر المتكاملة غير المتجانسة ذات الموجات المليمترية. تُعدّ الموجات المليمترية نطاقًا تردديًا يمتد من 30 جيجاهرتز إلى 300 جيجاهرتز. تتميز هذه الموجات بعرض نطاق ترددي واسع وإمكانية تصغير الأجهزة، مما يجعلها اتجاهًا رئيسيًا لتطوير الدوائر المتكاملة غير المتجانسة لأشباه الموصلات على مستوى العالم. وهناك ثلاثة أسباب رئيسية وراء تزايد الطلب على الدوائر المتكاملة غير المتجانسة لدى اللاعبين الرئيسيين الثلاثة في السوق: أولًا، لتلبية احتياجات متعددة، بدءًا من تقنيات الجيل الخامس والسادس، مرورًا بالملاحة الفضائية، وصولًا إلى القيادة الذاتية والذكاء الاصطناعي. تُعدّ تقنية الموجات المليمترية ضرورية في مختلف التطبيقات، من المعدات إلى إنترنت الأشياء؛ ثانيًا، تشمل أنظمة الموجات المليمترية دوائر رقمية وتناظرية ودوائر ترددات الراديو والميكروويف، مما يجعل التكامل غير المتجانس أكثر إلحاحًا؛ ثالثًا، تُعدّ التحديات والمشاكل التي تواجه عدم تجانس الموجات المليمترية أكثر حدة وتعقيدًا. فبسبب التردد العالي والمعايير الموزعة، تنتقل هذه التقنية من نطاق محدود إلى نطاق واسع؛ حيث لا تتجاوز المسافة بين الوحدات أجزاء من الثانية، والترابط بينها وثيق، مما يزيد من تعقيد عملية التصميم.

أشار الأكاديمي ماو جونفا إلى الأهمية العلمية الكبيرة لدراسة الدوائر المتكاملة غير المتجانسة لأشباه الموصلات. فمن خلال هذه الدوائر، يُمكننا الانتقال من عملية التصنيع المتجانسة الحالية إلى دمج عمليات تصنيع غير متجانسة متعددة، ومن التكامل ثنائي الأبعاد الحالي إلى التكامل ثلاثي الأبعاد، ومن منهجية التصنيع من الأعلى إلى الأسفل إلى منهجية التصنيع من الأسفل إلى الأعلى، مما يُتيح تحقيق أنظمة معقدة عالية الأداء. وتكمن قيمتها أولاً في كونها منهجاً جديداً لتطوير تقنية تكامل الأنظمة الإلكترونية؛ وثانياً، في كونها اتجاهاً جديداً لتطوير الدوائر المتكاملة في عصر ما بعد مور؛ وأخيراً، في كونها فرصة جديدة لقطاع الدوائر المتكاملة لأشباه الموصلات في بلادنا لتغيير مساره وتحقيق قفزة نوعية في التطوير.

تأمل الولايات المتحدة أنه من خلال الدوائر المتكاملة غير المتجانسة، يمكنها تحسين أداء نظام الطاقة بمقدار 10 أضعاف، وزيادة قدرة الكشف والسرعة بمقدار 100 ضعف، وتقليل الحجم والوزن واستهلاك الطاقة إلى 1/100 من المستوى الحالي.

تحقيق إنجاز كبير في برمجيات تصميم الدوائر الإلكترونية اللاسلكية المحلية

يُعدّ التصميم أساس سلسلة صناعة الترددات الراديوية، وبرمجيات أتمتة تصميم الدوائر الإلكترونية (EDA) الخاصة بها هي المحرك الأساسي لتصميم هذه الدوائر، وركيزة أساسية في هذه الصناعة. وفي هذا المؤتمر، صرّح الأكاديمي ماو جونفا بأنه استجابةً لحاجة الصين المُلحة لبرمجيات EDA لدوائر الترددات الراديوية قابلة للتحكم بشكل مستقل، قام فريق بحثي بقيادة ماو جونفا، عضو الأكاديمية الصينية للعلوم ونائب رئيس جامعة شنغهاي جياو تونغ، والبروفيسور وو لينشنغ، بتطوير مجموعة متكاملة من برمجيات محاكاة EDA للترددات الراديوية، وطُرحت في السوق، وحازت على إحدى أفضل عشر ميداليات ذهبية في العلوم والتكنولوجيا على مستوى الجامعات الصينية. وفي عام 2020، فاز فريق ماو جونفا البحثي بمشروع وطني آخر لتطوير واجهة الترددات الراديوية الأمامية لشبكات الجيل السادس (6G).

صرح الأكاديمي ماو جونفا بأن فريقه وفريق بحث البروفيسور وو لينشنغ تعاونا مع شركة شينهي لتكنولوجيا أشباه الموصلات (شنغهاي) المحدودة، وبدعم من مشروع 973 الوطني، والمؤسسة الوطنية للعلوم الطبيعية، والمشروع الوطني الرئيسي، ومشروع خطة البحث العلمي للجنة العلوم والتكنولوجيا في شنغهاي، وغيرها، حيث اقترحوا خوارزميات فعالة لنمذجة المحاكاة الكهرومغناطيسية والفيزيائية المتعددة، وطوروا بشكل مستقل برمجيات محاكاة لتحقيق تصميم تعاوني آلي متعدد الوظائف والفيزياء للأجهزة. واستنادًا إلى النتائج المذكورة، أنشأنا مكتبة ملكية فكرية مشتركة للأجهزة السلبية المتكاملة، وطورنا مجموعة متنوعة من المنتجات. وقد تم الترويج لهذه المنتجات وتطبيقها في العديد من المجالات مثل الاتصالات المتنقلة، والاتصالات عبر الأقمار الصناعية، والدوائر المتكاملة، وقدمت مساهمات مهمة للصين في كسر الحصار الدولي في مجال برمجيات تصميم الدوائر الإلكترونية للترددات الراديوية.

بحسب الأكاديمي ماو، فقد تعاونوا مع شركة شينهي لتكنولوجيا أشباه الموصلات (شنغهاي) المحدودة، وأصدروا ما مجموعه 48 برنامجًا تجاريًا محليًا لتصميم الدوائر الإلكترونية اللاسلكية (RF EDA)، بالإضافة إلى 500 نموذج PDK عالي الدقة. علاوة على ذلك، تم إنتاج مكتبة الملكية الفكرية المتكاملة للأجهزة السلبية، المتوافقة مع عملية SMIC، بكميات كبيرة بلغت 350 مليون وحدة، مما يُتيح التحكم المستقل في أدوات تصميم الدوائر الإلكترونية للدوائر المتكاملة اللاسلكية السلبية. يستخدم حاليًا 200 عميل في قطاعات أشباه الموصلات، والفضاء، والرادار، والاتصالات، والسيارات، وغيرها، هذه السلسلة من البرامج التجارية المحلية لتصميم الدوائر الإلكترونية اللاسلكية (RF EDA) التي طُوّرت بالتعاون مع الشركة. ومن بين مستخدمي النظام شركات ZTE، وهواوي، ولينوفو، وفوكسكون، وهولان، وتشاينا إلكترونيكس، وأفيك، وغيرها الكثير، كما تم تصديرها إلى شركات عالمية مرموقة مثل سيسكو، وإنتل، وآي بي إم، وآبل، وغيرها.

كما شارك الأكاديمي ماو جونفا آخر التطورات في مجال رادار التعرف على الإيماءات رباعي الأبعاد، وميكروفونات رادار الموجات المليمترية، ورادار الموجات المليمترية البيولوجية، ورادار الرقاقة المتكاملة غير المتجانسة لنطاق Wi، ومرشحات النطاق الترددي الأحادي/المزدوج القائمة على تقنية BCB متعددة الطبقات.

أعلن في الختام أن أهداف البحث خلال السنوات الخمس القادمة تركز على التقنيات الأساسية، بما في ذلك تقنية تصميم الدوائر الإلكترونية (EDA) والبرمجيات، لا سيما تقنية بناء النماذج العكسي وتقنية التعاون متعدد الوظائف والأداء. تستطيع هذه البرمجيات تحليل وتصميم الدوائر المتكاملة غير المتجانسة ثلاثية الطبقات وسداسية الرقاقات، والتي يمكن التحقق من قدرتها على العمل بتردد يصل إلى 325 جيجاهرتز. ستوفر الإنجازات في هذه التقنيات دعمًا تقنيًا أساسيًا ومستقلًا لتطوير بنى تحتية وطنية جديدة رئيسية ومعدات هامة مثل الاتصالات المتنقلة وإنترنت الأشياء وكشف الرادار في المستقبل. وتشمل أهداف البحث خلال السنوات العشر القادمة دمج الإلكترونيات الضوئية والإلكترونيات، وهو أمر أكثر صعوبة. كما نأمل في تجاوز مرحلة النمو غير المتجانس وتسويق البرمجيات بشكل كامل.

تنويه: هذه المقالة مُعاد نشرها من مجلة "Electronics Enthusiast". وهي لا تُمثل آراء شركة Sacco Micro أو قطاع الإلكترونيات، بل تُعبر فقط عن وجهة نظر الكاتب الشخصية. يُسمح بإعادة نشرها ومشاركتها فقط، وذلك دعمًا لحماية حقوق الملكية الفكرية. يُرجى ذكر المصدر الأصلي واسم الكاتب عند إعادة النشر. في حال وجود أي انتهاك، يُرجى التواصل معنا لحذفها.

رقم هاتف الشركة: +86-0755-83044319
فاكس: +86-0755-83975897
بريد إلكتروني: 1615456225@qq.com
س: 3518641314 مدير لي

ف ف: 332496225 مدير تشيو

العنوان: الغرفة 809، المبنى ج، مبنى زانتاو للتكنولوجيا، رقم 1079 شارع مينزي، منطقة لونغهوا الجديدة، شنتشن

مع استمرار تزايد متطلبات الناس للمعدات الإلكترونية، هل يمكن أن تصبح الثنائيات اتجاه التطوير في مجال الإلكترونيات في المستقبل؟

10,000 فولت! ! جهاز GaN محلي الصنع يحقق رقماً قياسياً عالمياً جديداً