هواوی از تراشه کایرین ۹۰۵۰ با فناوری انباشتگی سه‌بعدی برای دور زدن تحریم‌ها و رقابت در سطح ۳ نانومتری رونمایی کرد

فرض رایج در مورد رقابت جهانی نیمه‌رساناها این است که هر کس کوچک‌ترین گره ساخت را در اختیار داشته باشد، به طور خودکار برنده است. سال‌هاست که این صنعت، پیشرفت را صرفاً با کوچک‌سازی هندسه‌های ترانزیستور – حرکت از ۵ نانومتر به ۳ نانومتر و فراتر از آن با استفاده از دستگاه‌های لیتوگرافی فرابنفش شدید (EUV) که به شدت محدود شده‌اند – برابر می‌دانست. اما آخرین اعلامیه سیلیکونی هواوی نشان می‌دهد که اندازه فیزیکی ترانزیستور دیگر تنها معیار مهم نیست. این غول فناوری چینی ادعا می‌کند با انباشتگی عمودی مدارهای منطقی به جای قرار دادن آن‌ها به صورت مسطح، به عملکردی معادل ۳ نانومتر دست یافته است، آن هم با استفاده از تجهیزات ساخت قدیمی‌تر و نامحدود.[2][6]

هواوی در سمپوزیوم بین‌المللی مدارها و سیستم‌ها (ISCAS) در ژنو، به طور رسمی معماری پردازنده آتی کایرین ۹۰۵۰ خود را که با اسم رمز داخلی «تراشه تائولو» شناخته می‌شود، تشریح کرد. این پردازنده که قرار است در سری گوشی‌های هوشمند میت ۹۰ (Mate 90) در سپتامبر آینده به کار رود، بنا بر گزارش‌ها اولین تراشه موبایلی این شرکت است که از مرز ۳ گیگاهرتز عبور می‌کند و دارای یک هسته اصلی ۳.۴ گیگاهرتزی است. طبق داده‌های آزمایشی فاش شده و ارائه‌های خود هواوی، کایرین ۹۰۵۰ عملکرد جامعی را ارائه می‌دهد که با فرآیند ۳ نانومتری نسل اول TSMC رقابت می‌کند و حتی در معیارهای خاصی از A18 Pro قدیمی‌تر اپل پیشی می‌گیرد.[1][2][3][5]

برای درک اینکه هواوی چگونه بدون دستگاه‌های EUV شرکت ASML به این موفقیت دست می‌یابد، لازم است فراتر از تبلیغات بازاریابی نام گره‌ها نگاه کنیم. این شرکت در واقع ترانزیستورهای ۳ نانومتری تولید نمی‌کند. در عوض، از تکنیکی استفاده می‌کند که آن را «تاخوردگی منطقی» می‌نامد – شکلی از انباشتگی پیشرفته مدار مجتمع (IC) سه‌بعدی. در حالی که شرکت‌های غربی معمولاً از انباشتگی سه‌بعدی برای ادغام انواع مختلف تراشه‌ها با یکدیگر استفاده می‌کنند، مانند قرار دادن حافظه روی پردازنده، هواوی در حال انباشتن عمودی دروازه‌های منطقی اصلی است.[1][6]

با کوتاه کردن فاصله فیزیکی بین این دروازه‌های منطقی، این معماری به طور چشمگیری تأخیر مقاومتی-خازنی (RC) را کاهش می‌دهد که به طور سنتی انتشار سیگنال را در یک صفحه دوبعدی کند می‌کند. هواوی ادعا می‌کند که این بازسازی سه‌بعدی، تراکم ترانزیستور را ۵۳.۵٪ (۵۳.۵ درصد) افزایش می‌دهد و بهره‌وری انرژی هسته بزرگ را ۴۱٪ (۴۱ درصد) تقویت می‌کند. در عمل، این امر به سیلیکونی که با تجهیزات DUV ۷ نانومتری یا ۵ نانومتری ساخته شده است، اجازه می‌دهد تا مانند یک گره بسیار پیشرفته‌تر عمل کند و محدودیت‌های فیزیکی را که معمولاً برای غلبه بر آن‌ها به لیتوگرافی فرابنفش شدید نیاز است، دور بزند.[2][5]

هواوی این روش مهندسی جایگزین را «قانون مقیاس‌بندی تاو» (Tau Scaling Law) نامیده و آن را به عنوان جانشین معیارهای سنتی صنعت معرفی کرده است. این قانون نشان‌دهنده یک چرخش اساسی از قانون مور است، که حکم می‌کند تعداد ترانزیستورها در یک ریزتراشه تقریباً هر دو سال یک بار از طریق کوچک‌سازی هندسی دو برابر شود. در عوض، قانون تاو بهینه‌سازی زمانی و فضایی را جایگزین کوچک‌سازی فیزیکی می‌کند. هواوی با استانداردسازی یک چارچوب ریاضی برای تبدیل انباشتگی منطقی عمودی به یک فرآیند طراحی مقیاس‌پذیر و خودکار، تلاش می‌کند قوانین پیشرفت نیمه‌رساناها را به طور کامل بازنویسی کند.[2][5][6]

با این حال، صنعت نیمه‌رسانا به طور جهانی متقاعد نشده است که تاخوردگی منطقی جایگزین دائمی برای کوچک‌سازی گره‌ها باشد. کوین ژانگ از TSMC به طور علنی نظریه مقیاس‌بندی تاو را رد کرده و خاطرنشان کرده است که اگرچه انباشتگی دای‌ها روشی نوآورانه برای افزایش تراکم محاسباتی در هر سانتی‌متر مکعب است، اما نمی‌تواند به طور کامل جایگزین بهره‌وری انرژی خام حاصل از کوچک‌سازی هندسه‌های ترانزیستور شود. به گفته TSMC، حرکت از گره ۲ نانومتری به ۱.۴ نانومتری به طور طبیعی مصرف برق را ۳۰٪ (۳۰ درصد) کاهش می‌دهد – مزیتی فیزیکی اساسی که انباشتگی سه‌بعدی به دلیل گرمای زیادی که توسط لایه‌های فعال متعدد تولید می‌شود، برای دستیابی به آن با مشکل مواجه است.

علاوه بر این، تحلیلگران هشدار می‌دهند که ادعاهای «معادل ۳ نانومتر» را بدون آزمایش مستقل مصرف برق، نباید به سادگی پذیرفت. در حالی که کایرین ۹۰۵۰ ممکن است با سرعت خام A18 Pro اپل برابری کند، مدیریت حرارتی مورد نیاز برای حفظ سرعت کلاک ۳.۴ گیگاهرتز در لایه‌های منطقی انباشته شده بسیار زیاد است. گزارش شده است که هواوی بسته‌بندی نسل بعدی را برای مدیریت این گرما توسعه داده است، اما اینکه آیا می‌تواند عملکرد اوج را در بدنه گوشی هوشمند بدون فن و بدون کاهش سرعت حرارتی شدید حفظ کند، زمانی که میت ۹۰ واقعاً عرضه شود، مشخص خواهد شد.[1][3]

اگر کایرین ۹۰۵۰ در دستگاه‌های مصرفی همانطور که تبلیغ شده عمل کند، نقطه عطفی در درگیری فناوری ایالات متحده و چین خواهد بود. این امر ثابت می‌کند که کنترل‌های صادراتی بر لیتوگرافی EUV پیشرفت نیمه‌رسانای چین را متوقف نکرده، بلکه صرفاً آن را به یک شاخه تکاملی متفاوت سوق داده است. در حالی که هواوی آماده می‌شود تا سری میت ۹۰ را در نسخه‌های استاندارد، پرو، پرو مکس و RS Master Edition عرضه کند، بازار جهانی به زودی سخت‌افزار فیزیکی برای آزمایش این موضوع خواهد داشت که آیا قانون مقیاس‌بندی تاو یک تغییر پارادایم واقعی است یا صرفاً یک راه‌حل موقت بسیار بهینه‌سازی شده.[2][3][4][6]