فراتر از کوارتز: انقلاب سیلیکونی در زمان‌بندی دقیق
در آخرین قسمت از Lexicon ، با پیوش سوالیا ، معاون اجرایی بازاریابی در SiTime نشستیم تا درباره چگونگی تحول صنعت ۱۰ میلیارد دلاری زمان‌بندی توسط آنها با جایگزینی راه‌حل‌های سنتی مبتنی بر کوارتز با فناوری نوآورانه زمان‌بندی MEMS صحبت کنیم.
همچنین، برای دریافت دیدگاه‌های برتر و محتوای اختصاصی به IE+ اشتراک بگیرید!
زمان در قلب الکترونیک
پیوش به IE گفت: «همه الکترونیک‌های مدرن به زمان‌بندی به عنوان یک سیگنال مرجع نیاز دارند. زمان‌بندی به عنوان ضربان قلب الکترونیک در نظر گرفته می‌شود. اگر سیگنال زمان‌بندی وجود نداشته باشد، الکترونیک کار نخواهد کرد». از پردازنده‌های با سرعت گیگاهرتز تا سیگنال‌های GPS که سیستم‌های ناوبری را دقیق نگه می‌دارند، زمان‌بندی نیروی نامرئی است که دستگاه‌ها را قادر می‌سازد به درستی عمل کنند.
در طول ۷۰-۸۰ سال گذشته، کریستال‌های کوارتز استاندارد برای تولید این سیگنال‌های زمان‌بندی بوده‌اند. اما او افزود که راه‌حل‌های مبتنی بر کوارتز در دوام، دقت و انطباق با محیط‌های سخت محدودیت‌هایی دارند.
به این منظور، SiTime با معرفی راه‌حل‌های زمان‌بندی مبتنی بر MEMS برای عصر جدید الکترونیک‌های متصل، هوشمند و پرسرعت رویکردی کاملاً متفاوت را در پیش گرفته است.
زمان کوارتز به پایان رسیده است
زمان‌بندی مبتنی بر کوارتز برای دهه‌ها تسلط داشته است، اما با پیچیده‌تر شدن الکترونیک، محدودیت‌های آن بیشتر آشکار می‌شود. پیوش گفت: «کریستال کوارتز باید در زوایای خاصی برش داده شود تا فرکانس مطلوب تولید شود و این فرآیند شامل کار دستی قابل توجهی است که منجر به مسائل مربوط به تغییرپذیری و قابلیت اطمینان می‌شود».
قابلیت اطمینان یک عامل مهم است. او افزود: «ما قابلیت اطمینان دستگاه‌های کوارتز را بررسی کرده‌ایم و آنها میانگین زمانی بین خرابی (MTBF) حدود ۲۰-۴۰ میلیون ساعت دارند. دستگاه‌های MEMS ما؟ بیش از یک میلیارد ساعت. این یک تغییر بزرگ است».
مسئله دیگری که با کوارتز انتظار می‌رود، شکنندگی آن است. قطعات زمان‌بندی سنتی با ارتعاشات، نوسانات دما و استرس‌های محیطی مبارزه می‌کنند.
او توضیح داد: «تصور کنید ایستگاه پایه‌ای که روی یک تیر کنار ریل راه‌آهن نصب شده است. هر بار که قطار باری عبور می‌کند، آن تیر لرزش می‌گیرد که می‌تواند با قطعات زمان‌بندی تداخل ایجاد کند. فناوری MEMS ما آن مشکل را حذف می‌کند».
چه چیزی زمان‌بندی MEMS را برتر می‌کند؟
فناوری زمان‌بندی MEMS SiTime بر اساس سیلیکون ساخته شده است که چندین مزیت نسبت به کوارتز دارد. پیوش توضیح می‌دهد: «سیلیکون به صورت سالانه پردازش می‌شود، یعنی ما می‌توانیم ۱۰۰,۰۰۰ واحد را بر روی یک ویفر تولید کنیم با سازگاری استثنایی».
او اضافه کرد: «در مقابل کوارتز، نیاز به برش و پردازش کریستال‌های جداگانه دارد که دشوارتر و کمتر مقیاس‌پذیر است».
دستگاه‌های زمان‌بندی MEMS نه تنها کوچکتر هستند بلکه بسیار مقاوم‌تر نیز هستند. او توضیح داد: «رزوناتور MEMS ما ۰.۵ در ۰.۵ میلی‌متر است که بسیار کوچکتر از کوچک‌ترین کریستال کوارتز امروزی است. آن اندازه کاهش یافته به جرم کمتر ترجمه می‌شود که به این معنی است که کمتر تحت تأثیر ارتعاشات و شوک‌های خارجی قرار می‌گیرد».
همچنین به نظر می‌رسد که مزیت حیاتی دیگری برنامه‌پذیری است. قطعات کوارتز سنتی دستگاه‌های فرکانس ثابت هستند، به این معنی که مهندسان باید سیستم‌ها را بر اساس آنها طراحی کنند.
او گفت: «با MEMS، ما می‌توانیم فرکانس را به صورت پویا برنامه‌ریزی کنیم و به مشتریان خود انعطاف‌پذیری بیشتری بدهیم. یک مشتری زمانی جمعه شب با ما تماس گرفت با مسئله زمان‌بندی که می‌توانست تولید آنها را به تاخیر اندازد. تا شنبه، ما یک راه‌حل MEMS برنامه‌ریزی‌شده که آنها را از هفته‌ها تاخیر احتمالی نجات داد فراهم کردیم».
پیامدها برای AI، خودروهای الکتریکی و اینترنت اشیا
تقاضا برای راه‌حل‌های بهتر زمان‌بندی به سرعت در حال رشد است، به ویژه در AI، مراکز داده و خودروهای الکتریکی. کارهای AI به دقت بالا نیاز دارند. او به ما گفت: «پردازندهای AI نیاز به شبکه‌های بسیار هماهنگ دارند تا اطمینان از کارایی حاصل شود. مطالعات نشان داده‌اند که پردازنده‌های GPU در مراکز داده تا ۵۰% از زمان را به علت هماهنگی ضعیف بدون کار هستند. اگر بتوانیم دقت زمان‌بندی را بهبود بخشیم، می‌توانیم به طور قابل توجهی کارایی محاسباتی را افزایش داده و مصرف برق را کاهش دهیم».
صنعت خودرو نیز زمینه دیگری است که زمان‌بندی MEMS تأثیر چشم‌گیری دارد. او افزود: «در گذشته، خودروها ۱۰-۲۰ تراشه زمان‌بندی داشتند. خودروهای الکتریکی امروزی می‌توانند تا ۱۰۰ تراشه داشته باشند، که در حال رشد است. این تراشه‌ها همه چیز را از سیستم‌های پیشرفته کمک‌کننده راننده (ADAS) تا اتصال درون خودرو کنترل می‌کنند. اگر زمان‌بندی خراب شود، کل سیستم در خطر است».
فراتر از AI و خودرو، زمان‌بندی MEMS نقش حیاتی در پوشیدنی‌ها، اتوماسیون صنعتی، و زیرساخت‌های شبکه ایفا می‌کند. او گفت: «ما در همه چیز هستیم، از ساعت‌های هوشمند تا حسگرهای زمین‌لرزه در کف اقیانوس. فناوری ما در همه جا وجود دارد، از کف دریا تا فضای بیرونی».
زمان‌بندی دقیق کلید است
پایداری به طور فزاینده‌ای به تمرکز مهم تبدیل شده است و زمان‌بندی دقیق نقشی شگفت‌آور ایفا می‌کند. او گفت: «یکی از محصولات جدید ما از ترکیب دو دستگاه زمان‌بندی به یک دستگاه واحد استفاده می‌کند و مصرف انرژی را کاهش می‌دهد».
او افزود: «اگر بتوانیم هماهنگی را بهبود دهیم، پردازش‌های AI می‌توانند به طور کارآمدتری استفاده شوند و انرژی هدر نرود».
قابلیت اعتماد هم به پایداری کمک می‌کند. او توضیح داد: «یک تأمین‌کننده ابری اصلی گزارش داد که برای هر ۲۴ ساعت از کار افتادگی خوشه AI، ۲.۴ میلیون دلار از دست می‌دهند. اگر بتوانیم زمان کار سیستم را افزایش دهیم، به خوشه‌های کمتری نیازی است که باید مستقر شوند — صرفه‌جویی در هزینه‌ها و کاهش اثرات زیست‌محیطی».
مقیاس‌پذیری برای آینده
با وجود رشد سریع، SiTime هنوز در مراحل اولیه تحول صنعت زمان‌بندی است. او گفت: «کوارتز ۱۰۰ سال است که وجود دارد. ما اینجا بوده‌ایم برای ۲۰ سال. تغییر عادت‌های صنعتی زمان می‌برد، اما وقتی مشتریان فناوری MEMS ما را مصرف کنند، به سختی بازمی‌گردند».
یکی از مزایای بزرگ SiTime قابلیت آن برای مقیاس‌پذیری سریع است. او توضیح داد: «شرکای تولیدی ما شامل TSMC (شرکت تولید نیمه‌هادی تایوان) و بوش هستند، که به ما دسترسی به زیرساخت نیمه‌هادی‌های پیشرفته را می‌دهند. اگر تقاضا افزایش یابد، نیازی به ساخت کارخانه‌های جدید نداریم — بلکه تولید را افزایش می‌دهیم».
شرکت همچنین در حال سرمایه‌گذاری‌های گسترده در پژوهش و توسعه است. او به ما گفت: «ما ۲-۳ برابر بیشتر از هر شرکت زمان‌بندی دیگری برای پژوهش و توسعه خرج می‌کنیم. نوآوری بخش اصلی ما است، خواه در مهندسی، مدل‌های کسب و کار یا فرهنگ شرکتی».
SiTime پیشرو در تغییر بزرگی در زمان‌بندی دقیق است که به نیاز‌های رو به رشد AI، خودروهای الکتریکی، اینترنت اشیا و فراتر از آن پاسخ می‌دهد. او گفت: «هدف ما ساده است: حل مشکلات زمان‌بندی دشوار برای مشتریان، حتی آن‌هایی که هنوز از وجود آنها مطلع نیستند».
