أجهزة الحوسبة العصبية المغناطيسية في 2025: الرائدة في العصر القادم من أجهزة الذكاء الاصطناعي مع سرعة وكفاءة ومعالجة تشبه الدماغ لا مثيل لها. اكتشف كيف تشكل المغناطيسية مستقبل الأنظمة الذكية.

• الملخص التنفيذي: الاتجاهات الرئيسية وآفاق السوق (2025–2030)
• نظرة عامة على التكنولوجيا: مبادئ الأجهزة العصبية المغناطيسية
• الحالة الحالية للسوق: الشركات الرائدة والتطورات الأخيرة
• ابتكارات المواد وهياكل الأجهزة
• معايير الأداء: السرعة والكفاءة وقابلية التوسع
• التكامل مع الذكاء الاصطناعي وتطبيقات الحوسبة الحافة
• المشهد التنافسي: استراتيجيات الشركات والتعاونات
• توقعات السوق: توقعات النمو وتقديرات الإيرادات (2025–2030)
• اللوائح والمعايير والمبادرات الصناعية
• التوقعات المستقبلية: التحديات والفرص وخارطة الطريق إلى التسويق
• المصادر والمراجع

الملخص التنفيذي: الاتجاهات الرئيسية وآفاق السوق (2025–2030)

من المتوقع أن تلعب أجهزة الحوسبة العصبية المغناطيسية دوراً تحويلياً في تطور أجهزة الذكاء الاصطناعي بين عامي 2025 و2030. تستفيد هذه الأجهزة من دوران الإلكترون، بالإضافة إلى شحنته، لتمكين هياكل طاقة عالية الكفاءة وغير متطايرة وقابلة للتوسع تحاكي الوظائف المشابية والعصبية لدماغ الإنسان. يتم دفع تقارب المغناطيسية والهندسة العصبية من قبل الحاجة الملحة لأجهزة قادرة على دعم ذكاء الحافة ومعالجة البيانات في الوقت الحقيقي والاستدلال منخفض الطاقة للغاية، والتي تُطلب بشكل متزايد من قبل قطاعات مثل المركبات الذاتية والروبوتات وإنترنت الأشياء من الجيل القادم.

تسرّع الشركات الرائدة في الصناعة من تسويق مكونات الذاكرة والمآخذ المغناطيسية. لقد عرضت كل من شركة Samsung Electronics وشركة Toshiba Corporation تقنيات الذاكرة العشوائية المغناطيسية المتقدمة (MRAM)، التي تُعتبر أساسية لدارات الحوسبة العصبية المغناطيسية. وقد أعلنت شركة Samsung Electronics عن خطط لتوسيع MRAM المدمج لمسرعات الذكاء الاصطناعي، مستهدفةً عقدا تحت 10 نانومتر ودمجها مع المنطق للحوسبة داخل الذاكرة. تواصل شركة Toshiba Corporation الاستثمار في البحث والتطوير للأجهزة المغناطيسية، مع التركيز على التشغيل العالي التحمل ومنخفض الطاقة المناسب للأعباء العمل العصبية.

في أوروبا، تتعاون شركة Infineon Technologies وشركة STMicroelectronics مع معاهد البحث لتطوير مجموعات عصبونية مغناطيسية وحلول منطق داخل الذاكرة. تدعم هذه الجهود الشراكات بين القطاعين العام والخاص والمبادرات الممولة من الاتحاد الأوروبي التي تهدف إلى تعزيز مكانة القارة في تقنيات أشباه الموصلات المتقدمة. في الوقت نفسه، تقوم شركة IBM بتقدم نمذجة الأجهزة المغناطيسية والتكامل، مع التركيز على منصات الهجين من CMOS والمغناطيسية للحوسبة العصبية.

من المتوقع أن تشهد السنوات الخمس المقبلة أول عمليات نشر تجارية للرقائق العصبية المغناطيسية في تطبيقات الذكاء الصناعي والهامش والدمج الحسي. لقد أظهرت النماذج الأولية المبكرة تحسينات مذهلة في كفاءة الطاقة والتحمل مقارنة بالأجهزة العصبية القائمة على CMOS التقليدية. ومع ذلك، تظل هناك تحديات في قابلية التصنيع على نطاق واسع، وتغيرات الجهاز، والتكامل مع عمليات أشباه الموصلات الحالية.

مع النظر قدماً إلى عام 2030، تبدو آفاق أجهزة الحوسبة العصبية المغناطيسية واعدة جداً. تتوقع خرائط الطريق الصناعية تقدم سريع في كثافة الأجهزة، وسرعة التبديل، وقدرات التعلم على الرقاقة. مع استمرار الشركات المصنعة الرائدة والاتحادات البحثية في الاستثمار في هذا المجال، من المتوقع أن تصبح الأجهزة العصبية المغناطيسية قاعدة تكنولوجية أساسية للذكاء الاصطناعي على الحافة، مما يمكّن من ظهور فئات جديدة من الأنظمة الذكية وسريعة التكيف والطاقة الذاتية.

نظرة عامة على التكنولوجيا: مبادئ الأجهزة العصبية المغناطيسية

تمثل أجهزة الحوسبة العصبية المغناطيسية تقاربًا بين المغناطيسية والحوسبة المستوحاة من الدماغ، وتهدف إلى تقديم أجهزة فعالة بالطاقة، وقابلة للتوسع، وغير متطايرة لتطبيقات الذكاء الاصطناعي. تكمن الفكرة الأساسية للمغناطيسية في استغلال دوران الإلكترونات، بالإضافة إلى شحناتها، لتشفير ومعالجة المعلومات. في الهياكل العصبية، يمكّن هذا من تقليد الوظائف المشابية والعصبية مع أجهزة يمكنها الاحتفاظ بحالات الذاكرة بدون طاقة، والتبديل بسرعة، والعمل بجهود منخفضة.

تعتبر الكتل الأساسية لنظم الحوسبة العصبية المغناطيسية هي الوصلات النفقية المغناطيسية (MTJs)، وأجهزة عزم الدوران المغناطيسي (SOT)، والهياكل القائمة على جدران المجال. تتكون وصلات MTJs، على سبيل المثال، من طبقتين مغناطيسيتين مفصولتين بحاجز عازل؛ تحدد الاتجاه النسبي للمغناطيسيات (موازي أو مضاد) مقاومة الجهاز، والتي يمكن استخدامها لتمثيل أوزان المشابك. تستفيد أجهزة SOT من نقل الزخم الزاوي من التيار للتلاعب بالمغناطيسية، مما يمكّن من تبديل سريع وفعال من حيث الطاقة. تستخدم أجهزة جدران المجال، من ناحية أخرى، الحركة التحكمية لحدود المجالات المغناطيسية لتشفير المعلومات، حيث تقدم قدرات تخزين متعددة المستويات أساسية للسلوك المشابي التماثلي.

في عام 2025، يتم قيادة جهود البحث والنمذجة من قبل عدة لاعبين رئيسيين في الصناعة واتحادات البحث. لقد عرضت IBM عناصر ذاكرة ومنطق تعتمد على المغناطيسية، مدمجة MTJs في دوائر عصبية هجين. كما تقوم Samsung Electronics بتطوير نشط لذاكرة العشوائية المغناطيسية ذات عزم الدوران المغناطيسي (STT-MRAM) واستكشاف استخدامها في المسرعات العصبية. تشارك Toshiba وسوني أيضًا في تقدم ذاكرة ومنطق المغناطيسية لأجهزة الذكاء الاصطناعي، مع استغلال سوني خبرتها في تكامل المستشعرات والذاكرة.

تشمل المزايا التشغيلية لأجهزة الحوسبة العصبية المغناطيسية عدم التطاير، والتحمل العالي، والقدرة على التكامل ثلاثي الأبعاد، وهي أمور حاسمة للذكاء الحافة والحوسبة داخل الذاكرة. يمكن لهذه الأجهزة أداء كل من التخزين والحساب في نفس المكان الفعلي، مما يقلل من حركة البيانات وتكاليف الطاقة المرتبطة بها — وهي عنق زجاجة رئيسية في الهياكل التقليدية القائمة على فون نيومان.

مع النظر إلى السنوات القليلة المقبلة، يركز العمل على توسيع مجموعات الأجهزة، وتحسين التماثل والموثوقية، ودمج العناصر المغناطيسية مع تكنولوجيا CMOS لتحقيق الجدوى التجارية. تشير خرائط الطريق الصناعية إلى أن شرائح عصبية مغناطيسية هجينة قد تدخل الإنتاج التجريبي بحلول أواخر عام 2020، مع الاستمرار في التعاون بين الشركات المصنعة لأشباه الموصلات ومعاهد البحث. إن الاستثمار المستمر من الشركات مثل GlobalFoundries وIntel في MRAM والتقنيات المغناطيسية يبرز حركة القطاع نحو حلول عملية للحوسبة العصبية على نطاق واسع.

الحالة الحالية للسوق: الشركات الرائدة والتطورات الأخيرة

تظهر أجهزة الحوسبة العصبية المغناطيسية، التي تستفيد من دوران الإلكترون بالإضافة إلى شحنته، كتكنولوجيا واعدة لجيل جديد من أجهزة الذكاء الاصطناعي. اعتبارًا من عام 2025، يتميز السوق بمزيج من عمالقة أشباه الموصلات الراسخين، والشركات المتخصصة في المجال المغناطيسي، ومبادرات البحث التعاوني. تقود هذه الشركات التقدم في هياكل الأجهزة، والمواد، واستراتيجيات التكامل، بهدف التغلب على قيود النظم العصبية القائمة على CMOS التقليدية.

من بين الشركات الرائدة، كانت شركة Samsung Electronics في المقدمة، حيث استثمرت في أجهزة الذاكرة والمنطق المغناطيسية. وقد أظهر قسم البحث في الشركة نماذج أولية لنقاط الوصل النفقية (MTJs) القائمة على عزم الدوران المغناطيسي (SOT) لتطبيقات عصبية، مستهدفاً مصفوفات مشابكية عالية الكثافة ومنخفضة الطاقة. شركة Toshiba Corporation هي لاعب رئيسي آخر، حيث تواصل تطوير عناصر الذاكرة المغناطيسية ودمجها في دوائر الحوسبة العصبية مستفيدة من خبرتها في تقنيات الذاكرة العشوائية المغناطيسية (MRAM).

في أوروبا، تستكشف شركة Infineon Technologies بنشاط الأجهزة المغناطيسية لنظام الذكاء الحافة، بالتعاون مع شركاء أكاديميين لتطوير منصات عصبية قابلة للتوسع. في الوقت نفسه، أعلنت شركة STMicroelectronics عن تقدمها في تصنيع الأجهزة المغناطيسية، مع التركيز على عناصر مشابكية فعالة في استهلاك الطاقة للأنظمة الذكية المدمجة. تدعم هذه الجهود مشاريع ممولة من الاتحاد الأوروبي، التي تهدف إلى تسريع تسويق أجهزة الحوسبة العصبية المغناطيسية.

تساعد الشركات الناشئة والوافدة الجديدة أيضًا في تشكيل المشهد. Crocus Technology، وهي شركة متخصصة في MRAM المتقدم، تعمل على دمج الأجهزة المغناطيسية في الهياكل العصبية، مستهدفة تطبيقات في التعرف على الأنماط ودمج المستشعرات. Everspin Technologies، وهي مورد رائد لـ MRAM، تتعاون مع المؤسسات البحثية لتكييف منتجات ذاكرتها المغناطيسية للاستخدام في الحوسبة العصبية، مع التركيز على التحمل والسرعة.

تشمل التطورات الأخيرة عرض للشرائح العصبية المغناطيسية الهجينة القائمة على CMOS القادرة على الحوسبة داخل الذاكرة، مما يقلل بشكل كبير من استهلاك الطاقة للأعباء الذكية. تعمل اتحادات الصناعة، مثل IEEE، على توحيد بروتوكولات القياس وتعزيز التوافق بين الأجهزة المغناطيسية والأجهزة العصبية التقليدية.

مع النظر قدماً، من المتوقع أن تشهد السنوات القليلة المقبلة نشرات تجريبية للمسرعات العصبية المغناطيسية في أجهزة الحافة، مع التركيز على الاستدلال في الوقت الحقيقي والتعلم التكيفي. مع نضوج تقنيات التصنيع وتعميق الشراكات البيئية، تتجه الحوسبة العصبية المغناطيسية إلى الانتقال من النماذج الأولية المعملية إلى المنتجات التجارية المبكرة، خاصة في التطبيقات التي تتطلب الطاقة المنخفضة والموثوقية العالية.

ابتكارات المواد وهياكل الأجهزة

تعتبر أجهزة الحوسبة العصبية المغناطيسية في طليعة معالجة المعلومات من الجيل التالي، حيث تستفيد من درجة حرية دوران الإلكترون لمحاكاة الهياكل العصبية بكفاءة عالية في الطاقة ودوام. اعتبارًا من عام 2025، تتطور الابتكارات في المواد وهياكل الأجهزة بشكل سريع، مدفوعة بالحاجة إلى نظم عصبية قابلة للتوسع، ومنخفضة الطاقة، وعالية السرعة.

المادة المركزية في الأجهزة المغناطيسية هي الوصلتان النفقيتان المغناطيسيتان (MTJ)، والتي تتكون عادةً من طبقات مغناطيسية مفصولة بحاجز عازل مثل MgO. ركزت التقدمات الأخيرة على تحسين جودة الواجهة وتقليل تيار التبديل الحرج، حيث يقوم المصنعون الرائدون مثل TDK Corporation وSamsung Electronics بتطوير كتل MTJ عالية الأداء لكل من تطبيقات الذاكرة والحوسبة العصبية. في عام 2025، تقوم هذه الشركات بتحسين مواد الأنيسوتروبي المغناطيسية العمودية (PMA) واستكشاف المغناطيسات المضادة الاصطناعية لتعزيز قابلية الجهاز للتوسع والاحتفاظ.

مواد ناشئة، بما في ذلك سبائك هايسلر والمواد المغناطيسية ثنائية الأبعاد (2D)، يجري التحقيق فيها لامكاناتها في خفض استهلاك الطاقة وتمكين وظائف جديدة للجهاز. تتعاون اتحادات البحث والشركاء الصناعيون، مثل IBM، لدمج هذه المواد في شرائح نمطية عصبية، بهدف تحقيق تبديل أقل من نانوسانية وحالات مقاومة متعددة المستويات للمحاكاة المشابية.

في مجال هيكل الأجهزة، تبدأ الميمريستورات المغناطيسية وأجهزة عزم الدوران المغناطيسي (SOT) في كسب الزخم. تقدم الأجهزة المعتمدة على SOT، والتي تستخدم طبقات معدن ثقيلة/مغناطيس، تبديلًا سريعًا وموثوقًا، مما يجعلها مناسبة لتنفيذ عصبية المشابك. لقد قدمت شركة Intel Corporation نماذج أولية لمصفوفات SOT-MRAM مع قدرات بسيطة عصبية، مع التركيز على التكامل مع المسرعات الذهنية الحالية. وفي الوقت نفسه، يعمل GlobalFoundries على عمليات تصنيع قابلة للتوسع لأجهزة المغناطيسية المتوافقة مع تكنولوجيا CMOS القياسية، وهو خطوة حاسمة للتبني التجاري.

مع النظر قدماً، من المتوقع أن نشهد في السنوات القليلة المقبلة أول عروض تجارية لمعالجات الحوسبة العصبية المغناطيسية، مع مشاريع تجريبية في تطبيقات الذكاء الحافة وإنترنت الأشياء. تشير خرائط الطريق الصناعية إلى تركيز على الهياكل الهجينة التي تجمع بين الأجهزة المغناطيسية وCMOS التقليدي، مستفيدة من مزايا كلتا التكنولوجيتين. مع تحسن جودة المواد وتماثل الأجهزة، تتجه الحوسبة العصبية المغناطيسية إلى الانتقال من نماذج المعمل إلى المنتجات المؤسسية الأولية، مع مساهمات كبيرة من شركات أشباه الموصلات والمواد الرائدة.

معايير الأداء: السرعة والكفاءة وقابلية التوسع

تظهر أجهزة الحوسبة العصبية المغناطيسية كفئة واعدة من الأجهزة للذكاء الاصطناعي من الجيل التالي، حيث تقدم مزايا فريدة في السرعة، وكفاءة الطاقة، وقابلية التوسع. اعتبارًا من عام 2025، ينتقل هذا المجال من عروض المختبر إلى النماذج التجارية في مرحلة مبكرة، حيث أبلغت عدة اتحادات صناعية وبعض اللاعبين الرياديين عن تقدم كبير في معايير الأداء.

بالنسبة للسرعة، أظهرت الأجهزة المغناطيسية — وخاصة تلك المعتمدة على الوصلات النفقية المغناطيسية (MTJs) وآلية عزم الدوران المغناطيسي (SOT) — أوقات تبديل أقل من نانو ثانية. هذا تحسن كبير مقارنةً بالدارات العصبية القائمة على CMOS التقليدية، التي تعمل عادة في نطاق النانو إلى الميكرو ثانية. على سبيل المثال، أبلغت IBM عن أجهزة مشارية تعتمد على MTJ يمكن تبديلها في أقل من 1 نانو ثانية، مما يمكّن من التشغيل عالي التردد المناسب لمهام الاستدلال الذاتي للذكاء الاصطناعي. بالمثل، نشرت شركة Samsung Electronics نتائج حول مصفوفات SOT-MRAM مع سرعات تبديل مماثلة، مما يسلط الضوء على إمكانياتها لمسرعات عصبية ذات تأخير منخفض.

تعد كفاءة الطاقة مقياسًا حيويًا آخر حيث تمتاز أجهزة الحوسبة العصبية المغناطيسية. يسمح عدم التطاير للعناصر المغناطيسية باستهلاك طاقة احتياطية بالقرب من الصفر، وهو ما يمثل تباينًا صارخًا مع ذاكرة CMOS المتطايرة. أظهرت النماذج الأولية الأخيرة من شركة Toshiba Corporation وشركة Intel Corporation استهلاك الطاقة لكل حدث مشابك في نطاق الفيمتو جول، وهو أقل بكثير من التطبيقات الرقمية التقليدية. تعتبر هذه الكفاءة مفيدة خصوصًا لم aplicaciones الذكاء الحافة، حيث تكون قيود الطاقة صارمة.

تظل قابلية التوسع محور تركيز رئيسي لعام 2025 وما بعده. تتوافق الأجهزة المغناطيسية بشكل جوهري مع تكامل CMOS في الخط الأخير من التصنيع (BEOL)، مما يمكّن من تراص ثلاثي الأبعاد كثيف ومصفوفات متقاطعة كبيرة. يقوم GlobalFoundries وSTMicroelectronics بتطوير تقنيات عملية نشطة لدمج الذاكرة والمنطق المغناطيسيين مع CMOS القياسية، مستهدفين رقائق عصبية بحجم الواfer تحتوي على ملايين العناصر المشابهة. من المتوقع أن توفر خطوط التجربة الأولى شريحة اختبار في السنوات القليلة المقبلة، مع خارطة طريق نحو التوزيع التجاري بحلول أواخر العقد الثاني من الألفية.

مع النظر بعيدًا، تبدو آفاق أجهزة الحوسبة العصبية المغناطيسية متفائلة. تسارع التعاون بين الشركات، مثل تلك التي تقودها IBM وشركة Samsung Electronics، في تحويل التقدم في المختبر إلى منتجات قابلة للتصنيع. مع استمرار تحسين معايير الأداء، من المتوقع أن تلعب الأجهزة العصبية المغناطيسية دورًا حيويًا في أنظمة الذكاء الاصطناعي عالية السرعة وفعالة الطاقة لكل من سحابة والذكاء الحافة.

التكامل مع الذكاء الاصطناعي وتطبيقات الحوسبة الحافة

تظهر أجهزة الحوسبة العصبية المغناطيسية كتكنولوجيا واعدة للتكامل مع تطبيقات الذكاء الاصطناعي (AI) والحوسبة الحافة، وخاصة مع تزايد الطلب على معجلات الأجهزة الفعالة في الطاقة، وعالية السرعة، وقابلة للتوسع التي تتزايد في 2025 وما بعدها. تستفيد هذه الأجهزة من الخصائص الجوهرية لدوران الإلكترون، بالإضافة إلى الشحنة، لأداء وظائف الحساب والذاكرة، مما يمكّن من إنشاء هياكل غير متطايرة، منخفضة الطاقة، ومتوازية للغاية تحاكي الشبكات العصبية البيولوجية بشكل وثيق.

تحفيزًا رئيسيًا لتبني الأجهزة العصبية المغناطيسية في AI والحوسبة الحافة هو قدرتها على التغلب على قيود أنظمة CMOS التقليدية، خاصة من حيث استهلاك الطاقة وقدرات التعلم داخل الشريحة. تقوم الشركات المصنعة الكبرى لأشباه الموصلات والاتحادات البحثية بتنمية الذاكرة والمنطق المغناطيسي، مثل الوصلات النفقية المغناطيسية (MTJs) وأجهزة عزم الدوران المغناطيسي (STT)، والتي تعتبر بمثابة اللبنات الأساسية للدارات العصبية.

في عام 2025، تواصل شركة Samsung Electronics تقدم تقنياتها الخاصة بالذاكرة المغناطيسية، بما في ذلك MRAM (الذاكرة العشوائية المغناطيسية المتدفقة)، التي يجري تقييمها من أجل التكامل في المسرعات العصبية الحافة. تقدم حلول MRAM هذه سرعات تبديل سريعة، وموثوقية عالية، وعدم تطاير، مما يجعلها مناسبة للذكاء الحافة الدائم. وبالمثل، تستثمر شركة Toshiba Corporation ومجموعة سوني في البحث عن الأجهزة المغناطيسية، مع التركيز على المنصات العصبية التي يمكنها معالجة بيانات الحواس في الوقت الحقيقي مع الحد الأدنى من استهلاك الطاقة.

تسرع جهود التعاون بين الصناعة والأكاديمية من النمذجة التجارية للأجهزة العصبية المغناطيسية. على سبيل المثال، تستكشف IBM مجموعات المشابك المغناطيسية المستندة إلى الذكاء الصناعي للأعباء الذكية، بهدف تحقيق التعرف على الأنماط منخفض الطاقة والتعلم التكيفي مباشرة على الأجهزة الحافة. تدعم هذه المبادرات التقدمات في هندسة المواد وتصنيع الأجهزة، مما يمكّن من توسيع العناصر المغناطيسية لتصل إلى عقود تحت 10 نانومتر، مما يتوافق مع عمليات تصنيع أشباه الموصلات الحالية.

مع النظر إلى المستقبل، تبدو الآفاق لأجهزة الحوسبة العصبية المغناطيسية في AI والحوسبة الحافة متفائلة. من المتوقع أن ينجح تقارب المغناطيسية مع أجهزة الذكاء الاصطناعي في إنتاج فئات جديدة من المستشعرات الذكية، والأنظمة الذاتية، ومنصات تحليلات البيانات في الوقت الحقيقي التي تعمل بكفاءة عند حافة الشبكة. مع استمرار الشركات الرائدة في تحسين هياكل الأجهزة واستراتيجيات التكامل، من المرجح أن تشهد السنوات القليلة المقبلة أول عمليات نشر تجارية للمسرعات العصبية المغناطيسية في تطبيقات بدءا من الكاميرات الذكية وشرائح إنترنت الأشياء إلى الروبوتات وأنظمة السيارات.

المشهد التنافسي: استراتيجيات الشركات والتعاونات

يتميز المشهد التنافسي لأجهزة الحوسبة العصبية المغناطيسية في عام 2025 بتفاعل ديناميكي بين عمالقة أشباه الموصلات الراسخين، وشركات المواد المتخصصة، والشركات الناشئة. تستفيد هذه الشركات من التعاون الاستراتيجي، والمشروعات المشتركة، والاستثمارات المستهدفة لتسريع تسويق الأجهزة العصبية المغناطيسية، بهدف معالجة الطلب المتزايد على الحوسبة المستوحاة من الدماغ وفعالة في استخدام الطاقة.

تضخ مصانع أشباه الموصلات الكبرى مثل Samsung Electronics وشركة Toshiba Corporation جهودها في أبحاث وتطوير أجهزة الذاكرة والمنطق المغناطيسية، بما في ذلك الوصلات النفقية المغناطيسية (MTJs) وذكريات الوصول العشوائي ذات عزم الدوران المغناطيسي (STT-MRAM). عرضت شركة Samsung Electronics علنًا نماذج أولية متقدمة لنموذج STT-MRAM وتستكشف تكاملها في الهياكل العصبية، مستفيدةً من خبرتها في تصنيع الذاكرة وتوسيع العمليات. وبالمثل، تواصل شركة Toshiba Corporation الاستثمار في أبحاث الأجهزة المغناطيسية، مع الاتجاه نحو عناصر الذاكرة عالية السرعة وموفرة للطاقة المناسبة للنظم العصبية.

تظل ابتكارات المواد عامل تمييز رئيسي، حيث توفر شركات مثل TDK Corporation وHitachi Metals (التي أصبحت الآن جزءًا من Proterial) مواد مغناطيسية متقدمة وأفلام رقيقة ضرورية لأجهزة المغناطيسية عالية الأداء. تتعاون هذه الشركات مع مصنعي الأجهزة لتحسين خصائص المواد لقابلية التوسع والموثوقية في التطبيقات العصبية.

تساهم الشركات الناشئة والجامعات أيضًا في تشكيل المشهد التنافسي. على سبيل المثال، أدى مركز أبحاث النانوالكترونيات الرائد imec إلى تكوين شراكات مع كل من الصناعة والأكاديميا لتطوير أجهزة عصبية مغناطيسية نموذجية، مع التركيز على تكامل الهجين بين CMOS والمغناطيسية. تعتبر هذه الشراكات حاسمة لربط الفجوة بين البحث الأساسي والنشر التجاري.

تتزايد التحالفات الاستراتيجية بشكل متزايد، كما يتضح من المبادرات البحثية المشتركة بين مصنعي الأجهزة والمؤسسات البحثية. تهدف هذه الشراكات إلى تسريع تطوير عمليات تصنيع قابلة للتوسع، وهياكل أجهزة قوية، وتكامل على مستوى النظام. على سبيل المثال، شاركت شركة GLOBALFOUNDRIES في مشاريع مشتركة لاستكشاف قابلية تصنيع الأجهزة المغناطيسية على وحدات الإنتاج المتقدمة، مع استهداف المسرعات العصبية المستقبلية.

مع النظر إلى المستقبل، من المتوقع أن نشهد في السنوات القليلة المقبلة تنافسًا متزايدًا حيث تتسابق الشركات لتحقيق اختراقات في الأداء، وكفاءة الطاقة، والتكامل على نطاق واسع. سيكون لتقارب الخبرة من علوم المواد، وهندسة الأجهزة، وهندسة النظم أساسي، مع سعي الشركات الرائدة والشركات الناشئة المرنة على حد سواء إلى تحقيق ريادة مبكرة في السوق الناشئة لأجهزة الحوسبة العصبية المغناطيسية.

توقعات السوق: توقعات النمو وتقديرات الإيرادات (2025–2030)

يستعد سوق أجهزة الحوسبة العصبية المغناطيسية لنمو كبير بين عامي 2025 و2030، مدفوعًا بتقارب أبحاث المواد المتقدمة، وزيادة الطلب على أجهزة الذكاء الاصطناعي (AI) الفعالة في الطاقة، وحدود التوسع للنظم القائمة على CMOS التقليدية. تقدم الأجهزة المغناطيسية، التي تستفيد من دوران الإلكترون بالإضافة إلى الشحنة، عدم التطاير، والتحمل العالي، وعملية الطاقة التي تعتبر خصائص رئيسية للهياكل القادمة من الحوسبة العصبية.

بحلول عام 2025، من المتوقع أن تنتقل العديد من الشركات الرائدة في مجال أشباه الموصلات والمواد إلى تصميمات أولية تجارية في طور مبكر من أجهزة الحوسبة العصبية المغناطيسية، تمهيداً للتجميع. لقد عرضت شركة Samsung Electronics علنًا أجهزة ذاكرة ومنطق مغناطيسية مجهزة، وتستثمر في دمج وصلات نفقية مغناطيسية (MTJs) لتطبيقات الحوسبة العصبية. بالمثل، تتقدم شركة Toshiba Corporation وHitachi, Ltd. في تقنيات عزم الدوران المغناطيسي (STT) و( SOT) مع خطوط تجريبية للذاكرة المدمجة والدارات المنطقية التي يمكن أن تدعم معالجات الحوسبة العصبية.

تتوقع آفاق السوق للفترة من 2025 إلى 2030 معدل نمو سنوي مركب (CAGR) يزيد عن 30٪ لأجهزة الحوسبة العصبية المغناطيسية، كما هو متوقع من اتحادات الصناعة وخرائط التكنولوجيا. يعتمد هذا النمو على زيادة الاعتماد في الذكاء الحافة، والروبوتات، والأنظمة الذاتية، حيث تكون كفاءة الطاقة والتعلم في الوقت الحقيقي أمرين حاسمين. يستكشف كل من GLOBALFOUNDRIES وشركة Taiwan Semiconductor Manufacturing Company (TSMC) إمكانية دمج عناصر المغناطيسية في وحدات الإنتاج المتقدمة، بهدف تمكين التصنيع على نطاق واسع بحلول أواخر العقد 2020.

من المتوقع أن تصل تقديرات الإيرادات للقطاع إلى عدة مئات من الملايين من الدولارات بحلول عام 2030، مع إمكانية تجاوزها علامة مليار دولار حيث تنتقل الحوسبة العصبية من الأبحاث النيشية إلى التبني السائد. تدعم مشاريع مجموعة الاتحاد الأوروبي imec وCNRS في فرنسا من المشاريع التعاونية لتسريع التسويق، مع التركيز على التصنيع القابل للتوسع والتكامل على مستوى النظام.

مع النظر إلى المستقبل، ستكون السنوات القليلة المقبلة حاسمة لإنشاء معايير التصنيع، وتحسين موثوقية الأجهزة، وإظهار الفوائد الواضحة على الرقائق العصبية التقليدية القائمة على CMOS. مع استمرار الشركات الرائدة ومعاهد البحث في الاستثمار في التكنولوجيا المغناطيسية، من المتوقع أن تلعب القطاع دورًا حيويًا في تطور أجهزة الذكاء الاصطناعي، مع التوسع المتوقع في السوق حتى عام 2030.

اللوائح والمعايير والمبادرات الصناعية

يتطور المشهد التنظيمي والمعياري لأجهزة الحوسبة العصبية المغناطيسية بسرعة مع اقتراب التكنولوجيا من الجدوى التجارية. في عام 2025، يشهد القطاع زيادة في الانخراط من الهيئات المعايير الدولية والاتحادات الصناعية، بهدف ضمان التوافق والسلامة والاعتمادية لهذه الأجهزة الناشئة. تتطلب الخصائص الفيزيائية الفريدة للأجهزة المغناطيسية — التي تستفيد من دوران الإلكترون بدلاً من الشحنة — أطر جديدة تختلف عن تلك التي تحكم الإلكترونيات القائمة على CMOS التقليدية.

تشارك الجهات الفاعلة الرئيسية في الصناعة، بما في ذلك IBM وSamsung Electronics، بنشاط في مبادرات التعاون لتحديد هياكل الأجهزة ومعايير الأداء وبروتوكولات الاختبار. وقد سلطت IBM الضوء بشكل علني على أبحاثها المتعلقة بأجهزة الذاكرة والمنطق المغناطيسية كجزء أساسي لأنظمة الحوسبة العصبية المستقبلية، وشاركت في جهود مشتركة مع الشركاء الأكاديميين والحكوميين لتشكيل معايير ما قبل المنافسة. تشارك شركة Samsung Electronics أيضًا، حيث تستكشف قسم أشباه الموصلات فيها استخدام الذاكرة والمنطق المغناطيسي لتسريع الذكاء الاصطناعي، وتساهم في مجموعة عمل الصناعة التي تركز على الاعتمادية والتكامل للأجهزة.

على الصعيد التنظيمي، تعمل منظمات مثل IEEE واللجنة الدولية للتقنية الكهربائية (IEC) على توسيع نطاقها لمواجهة تحديات أجهزة الحوسبة العصبية المغناطيسية. تطور IEEE من خلال جمعيتها للمعايير إرشادات لتوصيف واختبار المكونات المغناطيسية، حيث من المتوقع أن تصدر مجموعات العمل مسودات المعايير بحلول نهاية عام 2025. كما يقوم IEC بمراجعة معايير أجهزة أشباه الموصلات الحالية لتناسب المتطلبات الفريدة للهياكل القائمة على المغناطيسية، خاصة من حيث التوافق الكهرومغناطيسي وسلامة الأجهزة.

تساهم اتحادات الصناعة כגון SEMI أيضًا في دور محوري. بدأت SEMI في إطلاق منتديات ولجان فنية لتسهيل الحوار بين مصنعي الأجهزة، وموردي المواد، والمستخدمين النهائيين، بهدف تحقيق تنسيق في سير العمل وتصميم المواد اللازمة لأجهزة الحوسبة المغناطيسية. من المتوقع أن تسهم هذه الجهود في تسريع الطريق إلى الإنتاج الضخم وضمان تلبية الأجهزة لمتطلبات القطاعات مثل السيارات والفضاء والرعاية الصحية.

مع النظر إلى المستقبل، من المحتمل أن نشهد في السنوات القليلة القادمة صياغة معايير دولية وإدخال خطط تحقق للأجهزة العصبية المغناطيسية. من المتوقع أن يؤدي هذا النضج التنظيمي إلى خفض الحواجز أمام التبني، وتعزيز التعاون عبر الصناعة، ودعم دمج الحوسبة العصبية المغناطيسية في التطبيقات الرئيسية لـ AI والحوسبة الحافة.

التوقعات المستقبلية: التحديات والفرص وخارطة الطريق إلى التسويق

تستعد أجهزة الحوسبة العصبية المغناطيسية للعب دور تحويلي في تطور أجهزة الذكاء الاصطناعي، حيث تعد بتوفير طاقة منخفضة للغاية، وسرعة عالية، وعمليات غير متطايرة. اعتبارًا من عام 2025، يتحول هذا المجال من البحث الأساسي إلى النمذجة السريعة، مع قيادة عدة شركات رئيسية واتحادات للترقية. ومع ذلك، لا تزال هناك تحديات كبيرة أمام تحقيق التسويق على نطاق واسع.

تُعتبر واحدة من التحديات الفنية الرئيسية هي التصنيع الموثوق للأجهزة المغناطيسية—مثل الوصلات النفقية المغناطيسية (MTJs) وعناصر عزم الدوران المغناطيسي (SOT)—على النانو بمعايير عالية من الانتظام والعائد. وقد أظهرت شركات أشباه الموصلات الرائدة، بما في ذلك Samsung Electronics وشركة Taiwan Semiconductor Manufacturing Company (TSMC)، تكامل ذاكرة مغناطيسية متقدمة (MRAM) عند عقد 28 نانومتر وما دون، لكن توسيع هذه الأجهزة لتشمل الهياكل العصبية التي تحتوي على ملايين العناصر المتصلة يعد تحديًا كبيرًا. تعتبر تباين المواد، والتبديل العشوائي، وتحمل الأجهزة مجالات نشطة للبحث، مع جهود تعاونية بين الصناعة والأكاديمية تسعى للمعالجة مثل هذه العقبات.

تُعتبر التحدي الآخر هو تطوير هياكل فعالة وقابلة للتوسع تستفيد من الخصائص الفريدة للأجهزة المغناطيسية للحوسبة العصبية. تستكشف شركات مثل IBM وIntel منصات هجين تعتمد على CMOS والمغناطيسية، بهدف دمج نضارة الإلكترونيات التقليدية مع فوائد الأجهزة المعتمدة على الدوران. بالتوازي، تركز المبادرات الأوروبية، بما في ذلك تلك المدعومة من imec وCNEA (الهيئة الوطنية للطاقة النووية في الأرجنتين)، على مفاهيم جديدة للأجهزة والتكامل على مستوى النظام.

من ناحية الفرص، توفر الأجهزة العصبية المغناطيسية مزايا كبيرة للذكاء الحافة، وإنترنت الأشياء، والتطبيقات المحمولة، حيث تكون كفاءة الطاقة والتعلم على الشريحة أمرين حاسمين. يمكّن عدم تطاير المشابك المغناطيسية من التشغيل الفوري والذاكرة المستمرة، بينما تسهل توافقها مع العمليات المخالفية الخلفية (BEOL) التكامل مع إنتاج أشباه الموصلات الحالي. تشير خرائط الطريق ل sector إلى أن العروض التجريبية للأجهزة المغناطيسية العصبية قد تظهر بحلول 2026-2027، مع التطبيقات الأولية في التعرف على الأنماط منخفضة الطاقة، ودمج المستشعرات، وأنظمة التحكم التكيفية.

لتسريع عملية التسويق، تركز الجهات المعنية على التوحيد، وتطوير سلسلة الإمداد، وبناء النظام البيئي. من المتوقع أن تلعب منظمات مثل جمعية صناعة أشباه الموصلات (SIA) وIEEE دورًا في تحديد معايير القياس ومعايير التوافق. سوف تكون السنوات القليلة المقبلة حاسمة لإظهار الموثوقية، وقابلية التصنيع، وحالات الاستخدام المثيرة للإعجاب، مما يمهد الطريق للاستخدام الأوسع لأجهزة الحوسبة العصبية المغناطيسية في أواخر العقد 2020.

المصادر والمراجع

• شركة Toshiba Corporation
• شركة Infineon Technologies
• شركة STMicroelectronics
• شركة IBM
• Crocus Technology
• Everspin Technologies
• IEEE
• imec
• Hitachi, Ltd.
• CNEA
• جمعية صناعة أشباه الموصلات (SIA)