شريحة AlphaChip من Google: ثورة في تصميم الشرائح باستخدام الذكاء الاصطناعي

كشفت شركة جوجل عن أحدث إنجازاتها في عالم تصميم الرقائق الإلكترونية، AlphaChip، وهي طريقة للتعلم التعزيزي بمساعدة الذكاء الاصطناعي تهدف إلى إحداث ثورة في تخطيط الرقائق الإلكترونية. وتعد هذه التقنية، التي لعبت دورًا أساسيًا في تصميم وحدات معالجة Tensor (TPUs) الخاصة بشركة جوجل، بتسريع تصميم تخطيط الرقائق الإلكترونية بشكل كبير مع تحسين الأداء والقوة والمساحة، مما يجعل تطوير الرقائق الإلكترونية أسرع وأرخص وأكثر كفاءة.
ويمثل هذا الإعلان خطوة أخرى في رحلة جوجل نحو إضفاء الطابع الديمقراطي على تصميم الرقائق من خلال الاستفادة من الذكاء الاصطناعي للتغلب على الاختناقات طويلة الأمد في صناعة أشباه الموصلات. ويسير الكشف عن AlphaChip على خطى شركة Synopsys وغيرها من الشركات التي كانت تجرب تطوير الرقائق بمساعدة الذكاء الاصطناعي، ولكن النهج المفتوح لشركة جوجل، جنبًا إلى جنب مع نيتها تقديم هذه الأدوات على نطاق أوسع، يمكن أن يؤدي إلى إضفاء الطابع الديمقراطي على الوصول إلى هذه التكنولوجيا وخفض التكاليف المرتفعة تقليديًا لتصميم الرقائق.

إرث تخطيط الطوابق: عنق زجاجة مكلف
كان تصميم الشريحة، وخاصة مرحلة التخطيط أو التخطيط الأرضي، تقليديًا أحد أكثر جوانب تصنيع أشباه الموصلات استهلاكًا للعمالة. قد يستغرق تصميم الشرائح المعقدة مثل وحدات معالجة الرسوميات، والتي تتكون من العديد من الكتل المترابطة وطبقات الدوائر الكهربائية، ما يصل إلى 24 شهرًا. حتى بالنسبة للشرائح الأقل تعقيدًا، قد تستغرق العملية عدة أشهر وغالبًا ما تكلف الشركات ملايين الدولارات بسبب فرق التصميم الكبيرة المطلوبة.
وهنا يأتي دور AlphaChip. فوفقاً لشركة جوجل، تستطيع أداة الذكاء الاصطناعي هذه إكمال تصميم الشريحة في غضون ساعات ــ وهو أمر يستغرق من البشر شهوراً لإنهائه ــ وغالباً ما تكون التصميمات التي تنتجها أكثر مثالية من حيث كفاءة الطاقة والأداء. وتحقق AlphaChip هذا من خلال استخدام التعلم التعزيزي، وهو فرع من فروع الذكاء الاصطناعي يعامل تصميم الشريحة كلعبة، حيث يتم تقييم كل موضع لمكون من مكونات الدائرة من حيث تأثيره على التصميم العام. وبمرور الوقت، يتعلم نظام الذكاء الاصطناعي من الخبرة، فينتج تصميمات أكثر كفاءة مع حل المزيد من مشاكل التصميم.
إن هذا التسارع له آثار عميقة على الصناعة. فمن خلال تقليص الوقت اللازم لتصميم تخطيط الشريحة بشكل كبير، يمكن للشركات طرح المنتجات في السوق بشكل أسرع، وخفض تكاليف التطوير، وإنشاء شرائح ذات أداء أفضل، وتستهلك طاقة أقل، وتشغل مساحة أقل.

تطبيقات AlphaChip في العالم الحقيقي
منذ عام 2020، استُخدمت AlphaChip لتصميم مسرعات TPU من Google، والتي تعمل على تشغيل بعض أكثر نماذج الذكاء الاصطناعي تقدمًا في العالم. وتشمل هذه Gemini، أحدث نموذج لغوي من Google، وImagen، وهو مولد صور قوي. مع كل جيل جديد من وحدات TPU، أنتجت AlphaChip تخطيطات محسنة، وتوجت بأحدث شرائح Trillium، المعروفة بأدائها المحسن وكفاءة الطاقة.
لكن تطبيق AlphaChip لا يقتصر على الأجهزة الداخلية لشركة Google. فقد تبنت شركة MediaTek، وهي شركة رئيسية في صناعة الرقائق، AlphaChip لتصميم نظام Dimensity 5G على الرقائق، والذي يُستخدم على نطاق واسع في الهواتف الذكية في جميع أنحاء العالم. وتؤكد هذه القدرة على التعميم عبر أنواع مختلفة من المعالجات على الإمكانات التي تتمتع بها AlphaChip في إحداث تغيير جذري في تصميم الرقائق عبر صناعة أشباه الموصلات.
إن أحد العوامل الرئيسية وراء نجاح AlphaChip هو التدريب المسبق على مجموعة واسعة من كتل الرقائق. وهذا يتيح لنموذج الذكاء الاصطناعي تعميم تعلمه عبر أنواع مختلفة من المعالجات، مما يحسن كفاءته وفعاليته مع كل تصميم. وعلى النقيض من المهندسين البشريين، الذين قد يستغرقون سنوات لاكتساب الخبرة في تصميم الرقائق، يتعلم AlphaChip بشكل أسرع بشكل كبير، مما ينتج تخطيطات مثالية في جزء بسيط من الوقت.

مستقبل تصميم الرقائق: الذكاء الاصطناعي في كل مرحلة
لقد أشعل نجاح AlphaChip موجة من الأبحاث الجديدة في مجال تطوير الرقائق التي تعتمد على الذكاء الاصطناعي، مما ألهم الباحثين لاستكشاف كيف يمكن للذكاء الاصطناعي تحسين مراحل أخرى من عملية تصميم الرقائق. وتشمل هذه المراحل التوليف المنطقي، والاختيار الكلي، وتحسين التوقيت - وهي مجالات تستغرق وقتًا طويلاً ومكلفة عادةً. تساعد الحلول التي تعمل بالذكاء الاصطناعي من شركات مثل Synopsys وCadence بالفعل في هذه المجالات، لكنها مكلفة ولا يمكن الوصول إليها دائمًا للشركات الصغيرة. تتمثل رؤية Google في خفض هذه الحواجز والسماح لمزيد من اللاعبين في نظام تصميم الرقائق بالاستفادة من الأدوات التي تعمل بالذكاء الاصطناعي.
وتتجاوز طموحات جوجل مع AlphaChip تصميم التخطيط. إذ تتصور الشركة مستقبلاً تلعب فيه الذكاء الاصطناعي دوراً محورياً في كل مرحلة من مراحل دورة تصميم الشريحة، من الهندسة المعمارية والتخطيط إلى التصنيع. وقد يؤدي هذا إلى إنشاء شرائح ليست أسرع فحسب، بل وأيضاً أكثر كفاءة في استخدام الطاقة وأرخص في الإنتاج. ونظراً للطلب المتزايد على معالجات أكثر قوة وكفاءة، وخاصة في تطبيقات الذكاء الاصطناعي، فقد يكون هذا بمثابة تغيير جذري لصناعات متنوعة مثل الهواتف الذكية ومراكز البيانات والمعدات الطبية وحتى الزراعة.

عصر جديد من الابتكار في الرقائق المعتمدة على الذكاء الاصطناعي
إن إمكانات AlphaChip تتحقق بالفعل في بعض أكثر الرقائق تقدمًا في العالم، ولكن تأثيرها الأوسع قد يعيد تشكيل صناعة أشباه الموصلات بالكامل. ومع وجود إصدارات مستقبلية من AlphaChip قيد التطوير بالفعل، تعمل Google على تحسين وتوسيع قدرات تقنية تصميم الرقائق التي تعتمد على الذكاء الاصطناعي.
إن نهج جوجل في إتاحة بعض المكونات الرئيسية لـ AlphaChip، مثل نقاط التفتيش المدربة مسبقًا وأوزان النماذج، يشير إلى التزام بتعزيز التعاون في هذا المجال. إن الطبيعة المفتوحة لهذه التكنولوجيا يمكن أن تشعل شرارة الابتكار في تصميم الرقائق التي تعتمد على الذكاء الاصطناعي عبر الصناعات، مما يقلل من تكلفة الدخول للشركات الصغيرة ويدعم تطوير معالجات الجيل التالي.
في حين أن أدوات الذكاء الاصطناعي مثل AlphaChip لا تزال في مراحلها الأولى، فإن قدراتها على التعلم السريع تفوق المصممين البشريين بكثير. ومع تبني المزيد من الشركات لأدوات التصميم بمساعدة الذكاء الاصطناعي، من المتوقع أن تتسارع وتيرة الابتكار في صناعة الرقائق. وسيتم تحسين تصميمات الرقائق بشكل أسرع، وستصل المنتجات إلى السوق بسرعة أكبر، وقد تنخفض التكلفة الإجمالية لتطوير الرقائق بشكل كبير.

التحديات والفرص
وعلى الرغم من الإمكانات الهائلة التي تتمتع بها الذكاء الاصطناعي في تصميم الرقائق، لا يزال المهندسون البشريون يلعبون دوراً كبيراً. ونظراً لاعتماد جوجل وميدياتك على ألفا شيب في مجموعة محدودة فقط من الكتل، فإن جزءاً كبيراً من عملية التصميم لا يزال يتم بواسطة خبراء بشر. وسوف يستغرق الأمر بعض الوقت قبل أن تتمكن أدوات الذكاء الاصطناعي مثل ألفا شيب من تغطية الطيف الكامل لمهام تصميم الرقائق، وسوف يظل التعاون بين البشر والذكاء الاصطناعي ضرورياً في المستقبل المنظور.
وعلاوة على ذلك، فإن استخدام التعلم المعزز والشبكات العصبية البيانية لحل التحديات الهندسية في العالم الحقيقي يسلط الضوء على كيفية قدرة الذكاء الاصطناعي على تجاوز الصناعات التقليدية، وتحسين العمليات التي كانت في السابق معقدة للغاية بحيث لا تتمكن الآلات من التعامل معها.
ومع استمرار تطور AlphaChip، فإنها تعد بإدخال شرائح مصممة للذكاء الاصطناعي إلى الأجهزة اليومية، من الهواتف الذكية إلى مراكز البيانات، وربما تحول الصناعات إلى ما هو أبعد من أشباه الموصلات. في الوقت الحالي، تقف Google وMediaTek في طليعة هذه الثورة، ولكن في السنوات القادمة، سيُشعر بتأثير AlphaChip في جميع أنحاء المشهد التكنولوجي.