قانون مقیاس‌پذیری تاو (Tau Scaling Law) چیست؟ آینده تراشه‌ها بعد از قانون مور

🚨 امروز در گوانگژو، هواوی از Mate XT 2 رونمایی کرد؛ نسل دوم از تنها گوشی سه‌تکه (Tri-fold) تولید انبوه در جهان.

مهم‌ترین بخش این ماجرا صفحه نمایش تاشوی آن نیست، بلکه تراشه (میکروچیپ) به‌کاررفته در دل آن است.

ریچارد یو روی صحنه گفت: «کیرین ۹۰۵۰ پرو (Kirin 9050 Pro)؛ فوق‌العاده سریع، فوق‌العاده هوشمند و بسیار خنک!

قدرتمندترین تراشه کیرین تا به امروز!»

اوایل امسال، زمانی که هواوی «قانون مقیاس‌پذیری تاو» (Tau Scaling Law) را معرفی کرد، جدی‌ترین اعتراض مطرح‌شده درباره سرعت نبود، بلکه درباره دما بود.

نظریه این بود که ساخت ترانزیستورها روی ترانزیستورهای موجود باعث ذوب شدن چیپست(تراشه) می‌شود.

هواوی اکنون با ارائه آمار و ارقام واقعی—و نه تبلیغاتی—به این نقد پاسخ داده است.

مقاله‌ای که روز جمعه توسط هه تینگبو، رئیس بخش نیمه‌هادی هواوی و رئیس کمیته دانشمندان این شرکت منتشر شد، نشان می‌دهد که اولین تراشه (چیپست) کیرین ساخته‌شده تحت این قانون، با وجود تراکم ۵۵ درصدی ترانزیستور بیشتر در هر میلی‌متر مربع، خنک‌تر از نسل قبلی خود کار می‌کند.

بخشی که دیدگاه شما را نسبت به تمام گوشی‌های درون جیبتان تغییر می‌دهد این است: یک تراشه (چیپست) بخش عمده انرژی خود را نه صرف پردازش، بلکه صرف جابه‌جایی داده‌ها از یک بخش به بخش دیگر می‌کند.

این موضوع درست مانند کارمندان اداری است که بخش زیادی از انرژی روزانه‌شان صرف رفت‌وآمد به محل کار می‌شود، نه زمان نشستن پشت میز.

فناوری LogicFolding این مسیر رفت‌وآمد را کوتاه می‌کند.

مدارهایی که زمانی روی یک سطح تخت گسترده شده بودند، حالا در لایه‌های روی هم تا شده‌اند؛ بنابراین سیگنال‌هایی که پیش از این صدها میکرومتر را طی می‌کردند، اکنون مستقیماً به سمت پایین حرکت می‌کنند.

در پرترددترین مسیرها، طول سیم‌ها تا ۷۰ درصد کاهش یافته و در واحد هوش مصنوعی، همان میزان پردازش به جای ۰.۸۵ ولت با ۰.۵۵ ولت انجام می‌شود که مصرف برق را ۶۶ درصد کاهش می‌دهد.

هواوی مسیر متفاوتی را در پیش گرفت.

در حالی که مابقی صنعت نیمه‌هادی به کوچک‌تر کردن ترانزیستورها در مسیر سنتی ادامه می‌دادند، هواوی مفهوم «بیشتر» را تغییر داد.

قانون مور فضا را فشرده می‌کند، اما قانون تاو تأخیر را فشرده می‌سازد.

هواوی پیش‌بینی می‌کند که تا سال ۲۰۳۱ به تراکمی معادل یک فرآیند ۱.۴ نانومتری دست یابد.

گوشی Mate XT 2 به همراه نخستین پردازنده موبایلی عرضه می‌شود که کاملاً بر اساس قانون مقیاس‌پذیری تاو طراحی شده است.

این دستگاه در بدنه باریک ۳.۵ میلی‌متری خود بسته می‌شود و صفحه نمایش بیرونی آن امکان پاسخ به تماس‌ها و پرداخت‌ها را بدون نیاز به باز کردن گوشی فراهم می‌کند. چیپستی (تراشه ای) که همه می‌گفتند ذوب خواهد شد، به خنک‌ترین چیپست(تراشه) تبدیل شد.

هواوی مسیر متفاوتی را انتخاب کرد و Mate XT 2 نمادی است از آنچه در انتهای این مسیر متفاوت قرار دارد.

منبع

🔵آیا چیپست (تراشه) \tau هواوی قرار بود ذوب شود؟

✍️ هه تینگبو (Tingbo He) عضو شرکت فناوری‌های هواوی است.

🔻ترجمه صفحه اول

▪️چکیده
دما و حرارت، جدی‌ترین دغدغه درباره «قانون مقیاس‌پذیری \tau» است—اصلی مبتنی بر مقیاس‌پذیری زمانی که در پسِ ویفرهای سیلیکونی تا‌شده‌ی هواوی قرار دارد و نام خود را از تأخیر \tau («تاو») گرفته است که هدفش کاهش آن است.

اندازه‌گیری‌های ما روی چیپست کیرین (Kirin) این نقد را کاملاً برعکس کرد.

دلیل این موضوع همان چیزی است که هر کارمندی می‌داند: در یک چیپست، همانند یک روز کاری، بخش اعظم انرژی صرف رفت‌وآمد می‌شود، نه کار پشت میز.

🔻واژگان کلیدی

تکنولوژی LogicFolding (تای منطقی)، قانون مقیاس‌پذیری \tau، یکپارچه‌سازی سه‌بعدی، اتصال هیبریدی (Hybrid Bonding)، طراحی کم‌مصرف، بهینه‌سازی هم‌زمان سیستم و فناوری.

اگر از صد مهندس چیپست بپرسید که مهم‌ترین فناوری برای آینده این صنعت چیست، بسیاری پاسخ خواهند داد: یکپارچه‌سازی سه‌بعدی—یعنی انباشتن و لایه‌بندی دای‌ها (Dies) روی یکدیگر برای افزایش میزان سیلیکونی که می‌توان به یک سیستم اختصاص داد.

اما اگر از هر مهندس باتجربه‌ای بپرسید چه چیزی یکپارچه‌سازی سه‌بعدی را از پا درمی‌آورد، تقریباً همیشه یک کلمه خواهید شنید: حرارت.

این استدلال شبیه به یک قانون طبیعی به نظر می‌رسد.

ترانزیستورهای فعال را روی ترانزیستورهای فعال دیگر انباشته کنید، تعداد بیشتری را در هر میلی‌متر مربع جای دهید، کل مجموعه را در یک دستگاه همراه فشرده پلمب کنید، و نتیجه اجتناب‌ناپذیر به نظر می‌رسد: توان تبدیل به حرارت می‌شود.

حرارتِ به‌دام‌افتاده در یک فضای محدود، دما را بالا می‌برد. دمای بالاتر از حد مجاز، فرکانس ساعت (Clock) را کاهش می‌دهد، قابلیت اطمینان را تضعیف می‌کند و در نهایت چیپست را می‌سوزاند.

طبق این منطق، هرچه فشرده‌تر تا کنید، داغ‌تر می‌سوزد—و هرچه محکم‌تر تا کنید، سریع‌تر به دیوار بن‌بست می‌خورید.

هواوی نمی‌تواند منتظر بماند تا این بحث‌ها خودبه‌خود حل شوند. این شرکت که از ابزارهای لازم برای ادامه کوچک‌سازی ترانزیستورها توسط رقبا محروم شده بود، باید این چرخه را می‌شکست—آن هم زودتر از هر کس دیگری.

بنابراین هواوی مقیاس‌پذیری فضایی (ابعاد خطی ترانزیستور) را متوقف کرد و مقیاس‌پذیری زمانی را آغاز نمود: یعنی تأخیر مشخصی که یک سیگنال برای طی کردن مسیرهای بحرانی چیپست نیاز دارد. این تأخیر با \tau نشان داده می‌شود (که تاو تلفظ شده و در چینی «Tao» نوشته می‌شود).

قانون مقیاس‌پذیری \tau نبردی است برای کاهش \tau نسل پس از نسل [۱].

فناوری پرچمدار این شرکت برای فشرده‌سازی این تأخیر LogicFolding نامیده می‌شود: گرفتن مداری که زمانی روی یک سطح تخت گسترده شده بود و تا کردن آن در لایه‌های عمودیِ روی هم چیده شده که توسط پیوندهای عمودی بسیار ریز به هم متصل شده‌اند، تا سیگنال‌ها مسافت‌های کوتاه‌تری را طی کنند.

از همان ابتدا، \tau به عنوان قانونی برای سیستم‌های الکترونیکی تصور شد نه فقط یک ترفند سخت‌افزاری: زمان را می‌توان در هر سطحی فشرده کرد—دستگاه، مدار، چیپست و سیستم.

فناوری LogicFolding تکنیکی در این چارچوب است که در سطح مدار و چیپست عمل می‌کند. این تمایز اهمیت دارد، زیرا صنعت مدام آن را فراموش می‌کند.

کمی پس از اختراع ترانزیستور، اختراعی با همان اهمیت پدید آمد: مدار مجتمع (IC). با این حال، پیشرفت نیمه‌هادی‌ها هنوز به عنوان داستانی درباره ترانزیستورهای بهتر روایت می‌شود، گویی مدارهای یکپارچه‌شده از میلیاردها ترانزیستور، یک مسئله فرعی بوده‌اند.

مقیاس‌پذیری \tau این نقطه کور را به ارث می‌برد: منتقدان با دیدن همان ترانزیستورها درون یک چیپست \tau، به این نتیجه می‌رسند که هیچ چیز بنیادی تغییر نکرده است. شواهدی که در ادامه می‌آید نشان می‌دهد چرا آن‌ها اشتباه می‌کنند.

هنگامی که LogicFolding برای اولین بار در ماه مه ۲۰۲۶ در «همایش بین‌المللی IEEE درباره مدارها و سیستم‌ها» به نمایش درآمد، تردید و بدبینی در سالن موج می‌زد. جدی‌ترین اعتراض، دقیقاً به سمت حرارت، حرارت و حرارت بیشتر اشاره داشت.

فقط یک مشکل در آن منطق وجود دارد.

اندازه‌گیری‌ها روی سیلیکون واقعی—چیپست کیرین ۲۰۲۶ که قرار است این ماه عرضه شود—عکس آن را نشان داد.

این چیپست(تراشه) خنک‌تر از نسل قبلی خود بود، در حالی که ۵۵ درصد ترانزیستور بیشتری در هر میلی‌متر مربع داشت و در برخی وظایف کلیدی تا ۶۶ درصد کاهش مصرف توان را ثبت کرد.

آنچه در ادامه می‌آید دلیل این امر است و اینکه چرا LogicFolding و قانون مقیاس‌پذیری \tau هواوی—و احتمالاً دیگران—را تا آینده‌ای دور پیش خواهد برد.

۱. فناوری LogicFolding چیست؟

قانون مور صنعت محاسبات و بسیاری از صنایع دیگر را مسیر بسیار درازی پیش برده است،
اما همیشه به یک ترفند متکی بوده است: مقیاس‌پذیری هندسی [۲]، [۳].
ترانزیستور را کوچک‌تر کنید تا چیپست‌ها هم‌زمان سریع‌تر و کم‌مصرف‌تر شوند. بیش از یک دهه پیش، این ترفند شروع به فرسوده شدن کرد. تغییرات هوشمندانه در ساختار ترانزیستور، یک دهه دیگر برای ما زمان خرید، اما اکنون هر سازنده چیپستی با هر لیتوگرافی (Node) جدید، هزینه بیشتری می‌پردازد و بهره کمتری می‌برد [۴]–[۷].
برای هواوی، این فشار زودتر و سخت‌تر وارد شد. کوچک‌سازی فراتر از آنچه صنعت «لیتوگرافی ۷ نانومتری» می‌نامد، نیازمند لیتوگرافی با اشعه ماوراء بنفش شدید (EUV) است که دسترسی به آن امکان‌پذیر نیست. باید راه دیگری پیدا می‌شد.

🔸لینک به مقاله:

Huawei’s τ Chip Was Supposed to Melt?