الماس يُحدث ثورة في تصنيع الرقائق: ما يعنيه ذلك للمستثمرين والشركات في مجال التكنولوجيا
مع تسابق شركات التكنولوجيا لبناء مراكز بيانات مزودة بخوادم تعمل بأحدث نماذج الذكاء الاصطناعي، يرتفع استهلاك هذه المرافق من الكهرباء بشكل كبير. ومع ذلك، فإن معظم هذه الكهرباء لا تُستخدم لتشغيل مهام الحوسبة، بل تُهدر على شكل حرارة تنبعث من مليارات الترانزستورات في الرقائق الحديثة.
كشف ر. مارتن روشايزن، مهندس كهربائي ورائد أعمال في شركة دايموند فاوندري بجنوب سان فرانسيسكو، أن "السر الكامن في الرقائق الإلكترونية هو أن أكثر من نصف الطاقة تُهدر كتيار تسرب على مستوى الترانزستور". لا يقتصر هذا الهدر الحراري على هدر كبير للطاقة فحسب، بل يُقصّر أيضًا عمر الشريحة ويُقلل كفاءتها، مما يُولّد المزيد من الحرارة. لذا، يُعدّ الحفاظ على درجة حرارة الخوادم في مراكز البيانات أمرًا بالغ الأهمية لتحقيق الأداء الأمثل.
لمعالجة هذه المشكلة، يبتكر المهندسون، ومنهم روشايزن، طرقًا جديدةً من خلال تضمين قطع صغيرة من الماس الاصطناعي في الرقائق لتعزيز التبريد. الماس ليس فقط أصعب مادة معروفة، بل يتميز أيضًا بخاصية التوصيل الحراري الممتازة. صرح بول ماي، الكيميائي الفيزيائي في جامعة بريستول، قائلاً: "معظم الناس لا يدركون أن الماس يتمتع بأفضل خصائص التوصيل الحراري بين جميع المواد". وأضاف أن توصيل الماس للحرارة يتفوق بشكل كبير على النحاس، وهو مادة شائعة الاستخدام في مشتتات الحرارة.
تنبع الموصلية الحرارية الاستثنائية للماس من تركيبه الذري: فكل ذرة كربون ترتبط بقوة بأربع ذرات مجاورة، مما يُكوّن شبكة متينة تنقل الاهتزازات الحرارية بكفاءة عبر البلورة. وكما أشار ماي، "تستخدم الإلكترونيات المتطورة بالفعل موزعات حرارة من الماس، ومن المرجح أن تُزود بها قريبًا معالجات الأجهزة اليومية، مثل أجهزة الكمبيوتر والهواتف الذكية".
ركزت شركة روشايسن مؤخرًا على إنتاج طبقات ألماس أحادية البلورة لرقائق السيليكون، وهي تبرد بشكل أفضل من المصفوفات متعددة البلورات، إلا أن تصنيعها أكثر صعوبة وتكلفة. في الوقت نفسه، دأبت شركة إليمنت سيكس، المملوكة لشركة دي بيرز، على توريد الألماس للاستخدامات الصناعية، بما في ذلك رقائق التبريد في أجهزة الاتصالات اللاسلكية والأقمار الصناعية. وهي الآن تستهدف سوق رقائق الحاسوب.
أكد بروس بوليجر، رئيس تطوير الأعمال في إليمنت سيكس، أن المتطلبات الحرارية للجيل القادم من الذكاء الاصطناعي والحوسبة عالية الأداء تُغذي الاهتمام المتجدد بتقنيات التبريد المتقدمة. في يناير، طرحت الشركة مادة هجينة من الماس والنحاس مصممة لتتفوق على النحاس وحده في توصيل الحرارة، مع كونها أقل تكلفة من الماس الخالص. وأوضح بوليجر أن هذه المادة المركبة تُقدم "حلاً مثاليًا لإدارة الحرارة"، مما يُمكّن الرقائق من العمل بشكل أسرع، ويطيل عمرها، ويُقلل من تكاليف تبريد مراكز البيانات.
في جامعة ستانفورد، تستكشف المهندسة الكهربائية سربانتي شودري الماس لتطوير رقائق حاسوبية أكثر قوة. تواجه الطرق التقليدية لزيادة سرعة الرقاقة عن طريق تقليص حجم الترانزستورات وتكديسها على رقائق السيليكون قيودًا فيزيائية. كما أن تكديس الترانزستورات في طبقات يزيد من تحديات الحرارة.
يهدف فريق تشودري إلى توجيه الحرارة بعيدًا باستخدام طبقات الماس متعددة البلورات، وهي أسهل في التصنيع من البلورات المفردة، لكنها تواجه تحديات لأن اتجاهها البلوري الرأسي يُعيق تدفق الحرارة الأفقي، وهو أمر ضروري للرقائق المسطحة. إضافةً إلى ذلك، يتطلب نمو الماس عادةً درجات حرارة أعلى من 1300 درجة فهرنهايت، مما يُلحق الضرر بركائز السيليكون. وقد واجهت محاولات ترسيب الماس في درجات حرارة أقل صعوبة في تكوين البلورات.
بتمويل جزئي من وكالة مشاريع البحوث الدفاعية المتقدمة (DARPA)، الذراع البحثية لوزارة الدفاع الأمريكية، يُبشر هذا العمل بنتائج واعدة. أشار المهندس الميكانيكي يوغندرا جوشي، من معهد جورجيا للتكنولوجيا ووكالة مشاريع البحوث الدفاعية المتقدمة، إلى أن الجمع بين نمو الماس في درجات حرارة منخفضة وطرق تبريد أخرى قد يُطلق العنان لقدرات حاسوبية بعيدة المنال حاليًا.
شدد تشودري على ضرورة معالجة مشكلة إدارة الحرارة في ظل التوسع السريع للذكاء الاصطناعي، واصفًا هذا التحدي بأنه قديم وحرج في آن واحد: "كانت مشكلة الحرارة قائمة بالفعل، ولكن الآن وقد ساهم الذكاء الاصطناعي في نموها، أصبح الوضع أشبه بعصا الهوكي - نرى هذه المشكلة تتفاقم بشكل كبير. لم أرَ شيئًا بهذه الأهمية بهذه السرعة."
—صحيفة نيويورك تايمز
تحليل خاص من عمانت | تصفح سوق عُمان
يؤدي النمو السريع للذكاء الاصطناعي والحوسبة عالية الأداء إلى زيادة استهلاك مراكز البيانات للطاقة بشكل كبير، حيث أصبح تبديد الحرارة بمثابة عنق زجاجة حرج. بالنسبة للشركات العاملة في قطاعي التكنولوجيا والبيانات في سلطنة عمان، فإن الاستثمار في تقنيات التبريد المتقدمة مثل موزعات الحرارة القائمة على الماس يمثل فرصة كبيرة لتعزيز الكفاءة وخفض تكاليف التشغيل. ينبغي للمستثمرين ورجال الأعمال الأذكياء أن يأخذوا بعين الاعتبار دعم الابتكارات التي تعالج تحديات الإدارة الحرارية، حيث ستكون هذه الحلول حيوية في دعم الموجة التالية من النمو القائم على الذكاء الاصطناعي ويمكن أن تضع عُمان كلاعب تنافسي في سوق البنية التحتية التكنولوجية العالمية الناشئة.
