מערכת למידת מכונה שפיתח צוות חוקרים בין־לאומי עשויה לקצר את השלב הראשוני בחיפוש אחר חומרים חדשים לתעשיית המוליכים למחצה. במקום לסרוק מספר עצום של תרכובות אפשריות באמצעות ניסויי מעבדה או חישובים קוונטיים עתירי משאבים, המערכת מקבלת פער אנרגיה רצוי ומציעה הרכבים כימיים מבוססי גליום שעשויים להציג אותו.

המחקר נערך בהובלת חוקרים מאוניברסיטת פלינדרס באוסטרליה ומאוניברסיטת ח'ליפה באיחוד האמירויות, ופורסם בכתב העת ACS Materials Letters. השיטה משלבת מודל חיזוי המבוסס על אלגוריתם השכנים הקרובים ביותר – K-Nearest Neighbors או KNN – עם אופטימיזציה בייסיאנית וסינון של נוסחאות שאינן סבירות מבחינה כימית.

המטרה אינה רק לחזות את פער האנרגיה של חומר מוכר, אלא לבצע תכנון הפוך: להתחיל בתכונה האלקטרונית המבוקשת ולחפש תרכובות שעשויות לספק אותה.

חיפוש ממוקד במקום סריקה ממצה

אחד האתגרים המרכזיים בפיתוח חומרי שבבים הוא גודלו של המרחב הכימי. גם כאשר החיפוש מוגבל לתרכובות המכילות גליום, ניתן ליצור מספר עצום של שילובים בין יסודות, יחסים סטויכיומטריים ומצבי חמצון.

שיטות המבוססות על תורת פונקציונל הצפיפות, DFT, מאפשרות לחשב את המבנה האלקטרוני של חומרים בדיוק גבוה יחסית, אך ביצוע חישובים כאלה עבור כל תרכובת אפשרית דורש זמן ומשאבי מחשוב רבים. ניסוי וסינתזה במעבדה יקרים ואיטיים עוד יותר.

הגישה שהציגו החוקרים אינה מנסה לבצע חישוב מלא לכל מועמד. היא משתמשת בנתונים שנאספו על אלפי מוליכים למחצה מוכרים כדי ללמוד את הקשר בין ההרכב הכימי לבין פער האנרגיה. החוקרים בחנו כמה מודלים של רגרסיה, ומצאו כי מודל KNN סיפק את הביצועים הטובים ביותר, עם מקדם התאמה R² של 0.812.

המודל משמש כמודל מחליף, או surrogate model, שמספק הערכה מהירה וזולה יחסית של תכונות החומר. מעליו פועלת האופטימיזציה הבייסיאנית, שבוחרת בכל שלב את המועמדים שכדאי לבחון בהמשך. האלגוריתם מאזן בין התמקדות באזורים שבהם כבר נמצאו תוצאות מבטיחות לבין בדיקת אזורים חדשים במרחב החיפוש.

באמצעות התהליך ביקשו החוקרים לייצר תרכובות מבוססות גליום עם פערי אנרגיה מוגדרים מראש בטווח שבין 0.5 ל־3.5 אלקטרון־וולט.

סינון כימי לפני המלצה על חומר

מודל למידת מכונה עלול להציע נוסחאות שנראות מתאימות מבחינה מתמטית, אך אינן יכולות להתקיים כחומרים אמיתיים. כדי לצמצם את הבעיה שילבו החוקרים את מערכת SMACT, המבצעת בדיקות ראשוניות של סבירות כימית.

הסינון בוחן בין היתר איזון מטענים, מצבי חמצון אפשריים, התאמה בין היסודות וסבירות פיזיקלית בסיסית. רק מועמדים שעברו את הבדיקות הוחזרו לתהליך האופטימיזציה.

לאחר השלמת החיפוש דיווחו החוקרים כי ההרכבים שהציעה המערכת היו ייחודיים ולא הופיעו בנתוני האימון. שיעור גבוה יותר של תרכובות שעברו את סינון SMACT התקבל בחיפוש אחר פערי אנרגיה שבין 1.5 ל־2.5 אלקטרון־וולט.

עם זאת, מעבר של סינון SMACT אינו מוכיח שהחומר יציב תרמודינמית, שאפשר לסנתז אותו או שניתן לגדלו כשכבה גבישית באיכות המתאימה לייצור רכיבים. לשם כך נדרשים חישובי DFT מפורטים יותר, בחינת מבנים גבישיים, סינתזה במעבדה ומדידה של התכונות החשמליות והאופטיות.

המשמעות האפשרית לתעשיית השבבים

פער האנרגיה הוא אחד המשתנים המרכזיים הקובעים את התאמתו של מוליך למחצה ליישום מסוים. חומרים בעלי פער קטן עשויים להתאים לגלאי אינפרה־אדום וליישומים פוטו־וולטאיים מסוימים. פערים בינוניים רלוונטיים לרכיבים אופטיים, לדיודות פולטות אור ולפוטוניקה, ואילו חומרים רחבי פער משמשים בפיתוח רכיבי הספק, אלקטרוניקה לטמפרטורות גבוהות ומערכות העמידות למתחים ולקרינה.

תרכובות גליום כבר תופסות מקום חשוב בתעשייה. גליום ארסניד משמש ברכיבי תדר רדיו, במערכות תקשורת ובאופטואלקטרוניקה; גליום ניטריד נמצא ברכיבי הספק, בתחנות בסיס ובמערכות תאורה; ותחמוצת גליום נחקרת כחומר רחב־פער לדורות עתידיים של רכיבי מתח גבוה.

השיטה החדשה אינה מציעה תחליף מיידי לחומרים אלה ואינה מוכיחה כי נמצא חומר מתאים לייצור מסחרי. תרומתה האפשרית נמצאת בשלבים מוקדמים יותר של שרשרת המחקר: צמצום של מיליוני אפשרויות לרשימה קצרה של מועמדים שניתן לבחון בחישובים מדויקים ובמעבדה.

עבור יצרני חומרים, חברות רכיבים ומכוני מחקר, תהליך כזה עשוי להפחית את מספר החישובים והניסויים שאינם מובילים לתוצאה. הוא גם עשוי לאפשר חיפוש ממוקד של חומר המותאם לדרישה הנדסית מסוימת, במקום הסתפקות בחומרים שתכונותיהם כבר מוכרות.

המחקר מדגים את התרחבות השימוש בבינה מלאכותית בתעשיית השבבים מעבר לתכנון מעגלים, אימות ותהליכי ייצור. במקרה זה, האלגוריתם משתלב בשלב שקודם לתכנון הרכיב עצמו – בחירת החומר שממנו ייוצר.

המאמר המדעי:
Tarek Khater ואחרים, “Bayesian Optimization-Guided Discovery of Gallium-Containing Semiconductors with Targeted Band Gaps”, ‏ACS Materials Letters, כרך 8, גיליון 5, עמודים 1375–1381, 2026.
DOI: 10.1021/acsmaterialslett.5c01482

הפוסט בינה מלאכותית מציעה חומרי גליום עם פער אנרגיה לפי דרישה הופיע לראשונה ב-Chiportal.

אינטל פאונדרי הודיעה בכנס VLSI Symposium 2026 כי תהליך הייצור Intel 18A-P נכנס לשלב ייצור ראשוני. מדובר בשדרוג הראשון של משפחת Intel 18A, אחת הטכנולוגיות המרכזיות שעליהן מבססת אינטל את ניסיון החזרה שלה לקדמת ייצור השבבים המתקדם ולשוק הפאונדרי.

לפי נתוני החברה, Intel 18A-P מאפשר ללקוחות לבחור בין שתי מטרות תכנון: עד 18% חיסכון בצריכת חשמל באותה רמת ביצועים, או עד 9% שיפור ביצועים באותה צריכת חשמל, בהשוואה ל-Intel 18A. בנוסף, אינטל מדווחת על שיפור בניהול החום ועל התאמות בתכנון הטרנזיסטורים, החיבורים הפנימיים ותהליך האופטימיזציה בין התכנון לטכנולוגיית הייצור.

המשמעות המעשית של ההכרזה היא שאינטל מציעה גרסת המשך ל-18A שמיועדת לאפשר גמישות רבה יותר בתכנון שבבים למחשוב עתיר ביצועים, מרכזי נתונים, יישומי AI ומוצרים שבהם צריכת חשמל וחום הפכו למגבלה מרכזית. בעולם שבו הביקוש לביצועי חישוב ממשיך לעלות, השאלה המרכזית אינה רק כיצד להאיץ את השבב, אלא כיצד לעשות זאת בלי להגדיל באותו קצב את צריכת האנרגיה ואת פליטת החום.

מאחורי השיפור עומדים כמה רכיבים טכנולוגיים. הראשון הוא תכנון מגע כפול לטרנזיסטורים, שנועד להפחית התנגדות חשמלית ולאפשר תדרי פעולה גבוהים יותר. השני הוא שיפור בניהול החום באמצעות חומרים ועיצוב, כאשר אינטל מדווחת על שיפור של כ-20% עד 40% בהתנגדות התרמית. השלישי הוא המשך השימוש בארכיטקטורת Gate-All-Around ובאספקת כוח אחורית, שמפרידה טוב יותר בין נתיבי המידע לבין נתיבי אספקת החשמל. לפי אינטל, מדידות על ליבות CPU אמיתיות הראו שיפור של כ-30% בתדר הפעולה במתח נמוך של כ-0.5 וולט, לצד הפחתה של פי 10 בתנודות מתח דינמיות.

במקביל לעדכון המסחרי יותר של Intel 18A-P, אינטל הציגה בכנס גם כמה כיווני מחקר ארוכי טווח. הראשון הוא CFET — טרנזיסטורים אנכיים שבהם טרנזיסטורי N ו-P מוערמים זה על גבי זה במקום להיות מונחים זה לצד זה. המטרה היא להגדיל את צפיפות הטרנזיסטורים ולהמשיך את מגמת המזעור גם כאשר השיטות הקיימות מתקרבות למגבלותיהן.

כיוון נוסף הוא שילוב גליום ניטריד על גבי סיליקון בפרוסות 300 מ"מ. גליום ניטריד מתאים במיוחד ליישומי הספק ותדר גבוה, אך שילובו בתשתיות ייצור סיליקון סטנדרטיות הוא אתגר הנדסי. אינטל מציגה זאת כדרך אפשרית להרחיב את יכולות השבבים בתוך תהליכי ייצור מוכרים יותר לתעשייה.

הכיוון השלישי הוא שימוש ברותניום, מתכת מקבוצת הפלטינה, כחומר חלופי לחלק מחיבורי הנחושת בתוך השבב. לפי אינטל, שימוש ברותניום עשוי להפחית קיבוליות בכ-35% לעומת נחושת, נתון שיכול לסייע בצמצום הפרעות בין חיבורים, בהפחתת צריכת חשמל ובשיפור מהירות הפעולה.

נגה צ'נדרסקראן, סמנכ"ל באינטל פאונדרי, אמר כי כניסתו של Intel 18A-P לשלב ייצור ראשוני לפי לוח הזמנים המתוכנן היא עדות לביצועים העקביים של החברה ולמחויבותה ללקוחותיה.

ההכרזה חשובה לא רק ברמת תהליך ייצור בודד, אלא גם בהקשר הרחב יותר של האסטרטגיה של אינטל פאונדרי. החברה מנסה לשכנע לקוחות חיצוניים כי מפת הדרכים שלה יציבה וכי היא מסוגלת להציע חלופה תחרותית בייצור שבבים מתקדם. Intel 18A-P אמור להיות אחד המבחנים המרכזיים ליכולת הזו בשנים הקרובות.

הפוסט אינטל מציגה את Intel 18A-P: פחות צריכת חשמל או יותר ביצועים בדור הבא של תהליכי הייצור הופיע לראשונה ב-Chiportal.

שבבים, בינה מלאכותית, רכבים חשמליים, מרכזי נתונים, אנבידיה, AMD, אינטל, Texas Instruments, חוק השבבים והמדע, גליום ניטריד, סיליקון קרביד

ענף השבבים העולמי מצוי בתקופת צמיחה חסרת תקדים, כאשר שילוב בין עומסי עבודה עצומים של יישומי בינה מלאכותית (AI) לבין האצה באימוץ רכבים חשמליים (EVs) מוביל להשקעות מסיביות במפעלי ייצור שבבים. לפי דוח חדש של PwC, ההשקעות הגלובליות צפויות לחצות את רף 1.5 טריליון דולר בשנים 2024–2030 – סכום המקביל לכל ההשקעות שבוצעו בענף במהלך שני העשורים הקודמים גם יחד.

בינה מלאכותית מניעה את הביקוש

ההתפשטות המהירה של עומסי עבודה בתחום ה־AI מעלה דרמטית את הדרישות לשבבים מתקדמים. שוק השרתים העולמי צפוי לחצות את רף ה־300 מיליארד דולר עד 2030, כאשר מגזר השרתים והרשתות יהפוך לגדול ביותר מבחינת ביקוש לשבבים.

במרכז השינוי נמצאים מאיצי AI, שכבר כיום מהווים כ־50% מההכנסות במגזר זה – קפיצה חדה בהשוואה לעבר. לצד ענקיות שבבים כמו אנבידיה ו־AMD, ספקיות ענן כדוגמת אמזון, גוגל ומיקרוסופט מפתחות שבבים מותאמים אישית לצרכי מרכזי הנתונים שלהן.

חשמל ואוטונומיה: תעשיית הרכב מכתיבה את הקצב

המגזר השני בצמיחתו הוא תעשיית הרכב, שם השבבים הופכים לליבה של טכנולוגיות חשמליות ואוטונומיות. PwC צופה כי עד 2030 רכבים חשמליים והיברידיים יהוו מחצית מכלל המכירות העולמיות.

התהליך הזה משנה גם את עולם החומרים: סיליקון־קרביד (SiC) וגליום־ניטריד (GaN) צפויים להחליף את הסיליקון המסורתי במערכות ההספק של רכבים חשמליים. עד סוף העשור, למעלה מ־60% משוק השבבים להספק ברכב יתבסס על חומרים אלו – לעומת כ־23% בלבד כיום.

השקעות ממשלתיות ושיאי תעשייה

הצמיחה נתמכת גם ביוזמות ממשלתיות רחבות היקף. חוק השבבים והמדע בארה"ב (CHIPS Act) מגלם מעל 630 מיליארד דולר בהשקעות בשרשרת האספקה ב־28 מדינות.

בין ההכרזות הגדולות:

• Texas Instruments עם תוכנית השקעות של 60 מיליארד דולר להקמת שבעה מפעלי שבבים – הגדולה בתולדות ארה"ב.
• אינטל מתכננת להשקיע מעל 100 מיליארד דולר בארבע מדינות שונות, כשחלק מהמימון מגיע מ־7.86 מיליארד דולר כסיוע ישיר מהממשל האמריקני.

גלן ברם, ראש תחום השבבים הגלובלי ב־PwC, מסכם: “התעשייה עוברת שינוי מהיר, בהובלת בינה מלאכותית, שינויים גיאופוליטיים והיקפי השקעה ממשלתיים שלא נראו כמותם”.

אלקטרוניקה צרכנית והעתיד הדיגיטלי

מעבר למרכזי הנתונים ולתחבורה, תחום המכשור הצרכני ממשיך לשמש מנוע צמיחה. מכשירים חכמים לבית צומחים בקצב שנתי של 5.6%, בעוד שווקי המציאות המדומה (VR), המציאות הרבודה (AR) והרובוטים האישיים מתקדמים בקצב מהיר אף יותר – עד 24.5% בשנה.

ביקוש זה מונע צורך ביכולות עיבוד מתקדמות, בזיכרונות רחבי פס ובמעבדי קצה המאפשרים זמן תגובה קצר יותר ושמירה על פרטיות המשתמשים.

דוח PwC Semiconductor & Beyond 2026 מציב תמונת עתיד ברורה: השבבים הופכים לתשתית קריטית לעולם ה־AI, לתעשיית הרכב החשמלי והאוטונומי, ולאלקטרוניקה הצרכנית. עם השקעות חסרות תקדים, חומרים חדשים ומגמות טכנולוגיות מואצות, הענף צפוי לא רק להתרחב אלא גם לעצב מחדש את הכלכלה הגלובלית עד סוף העשור.

הפוסט PwC: השקעות עתק בשבבים מניעות את מהפכת ה־AI והרכב החשמלי הופיע לראשונה ב-Chiportal.

סינגפור הכריזה על השקת המרכז הלאומי לתרגום וחדשנות בטכנולוגיית גליום ניטריד (NSTIC [GaN]), שיהווה את מרכז הדגל של המדינה לפיתוח שבבים מהדור הבא. המרכז, הראשון מסוגו בסינגפור, יתמקד בטכנולוגיית גליום ניטריד – חומר מתקדם המאפשר ייצור רכיבים קטנים, מהירים ויעילים אנרגטית יותר ביחס לטכנולוגיות מבוססות סיליקון.

המרכז, שהחל את דרכו ב־2023 תחת השם המרכז הלאומי לטכנולוגיית גליום ניטריד (NGTC), הוא שיתוף פעולה בין סוכנות A*STAR למחקר, מעבדות DSO הלאומיות ואוניברסיטת נאנגיאנג (NTU). מטרתו להנגיש לחברות ולחוקרים תשתיות מתקדמות לייצור פרוסות שבבים ולבניית אבטיפוס, ולחזק את מעמדה של סינגפור בזירה הגלובלית.

המרכז החדש יציע תשתיות למחקר ופיתוח (מו"פ) כולל קווי ייצור לפרוסות בקוטר 6 אינץ’ מבוססות GaN על סיליקון קרביד, ו־8 אינץ’ על בסיס GaN-על-סיליקון – שילוב ייחודי המאפשר התאמה לצרכים שונים של תעשיות מגוונות כגון תקשורת 5G ו־6G, מכ"מים ולוויינים. כמו כן, המרכז יפתח טכנולוגיות מתקדמות עם שערים באורך של פחות מ־0.1 מיקרון ותדרי פעולה של מעל 100 גיגה־הרץ – תכונות קריטיות לפיתוח רכיבים מהירים במיוחד.

המהלך צפוי לחזק את יכולותיה של סינגפור בייצור שבבים מתקדמים, להפחית את התלות בשירותי ייצור חיצוניים, ולהאיץ את כניסת המוצרים לשוק. שירותי הייצור המסחריים יושקו כבר במחצית השנייה של 2026, ויוצעו לחברות סטארט־אפ, חברות בינוניות וגדולות (SMEs ו־MNCs).

"NSTIC [GaN] אינו רק מתקן, אלא פלטפורמה לאומית לחדשנות וזרז לטכנולוגיות עתידיות," אמר צ’ונג צ’י הו, יו"ר ועדת ההיגוי של המרכז. "המטרה שלנו היא לבנות מומחיות עמוקה בייצור ומחקר בטכנולוגיית GaN כדי שסינגפור תהיה חלק מעיצוב עתיד תעשיית השבבים."

המרכז יפעל בשיתוף פעולה עם חברות תעשייה ויאפשר פיתוח משותף של טכנולוגיות, תוך חיזוק היכולות המקומיות ושרשרת האספקה. בין שיתופי הפעולה הבולטים נמצא סטארט־אפ סינגפורי בשם WaferLead, המפתח יחד עם המרכז מצעים איכותיים מסיליקון קרביד – רכיב מפתח בייצור שבבי GaN.

בנוסף, המרכז מקדם את טיפוח הדור הבא של מהנדסי השבבים באמצעות שיתופי פעולה עם מוסדות אקדמיים, תוכניות דוקטורט ושילוב חוקרים צעירים בתהליכי מו"פ על תשתיות תעשייתיות אמיתיות.

לפי ההודעה, תעשיית השבבים היא נדבך מרכזי בכלכלת סינגפור – תורמת כ־6% מהתמ"ג ומעסיקה כ־35,000 עובדים מיומנים בתחומי הפיתוח, העיצוב והייצור המתקדם.

הפוסט סינגפור משיקה מרכז לאומי לטכנולוגיית גליום ניטריד הופיע לראשונה ב-Chiportal.

סין נוקטת צעדים כדי לבסס את השליטה שלה בחומרים נדירים הנחוצים לייצור מוליכים למחצה, באמצעות תקנה שנכנסה לתוקף ב-1 באוקטובר. בתגובה להגבלות היצוא של סין, סוכנות הביטחון של ארה"ב DARPA ביקשה מחברת Raytheon לפתח סוגים חדשים של מוליכים למחצה שאינם תלויים בחומרים בשליטת סין, כך לפי דיווח של אתר Tom’s Hardware.

מוליכים למחצה בעלי מרווח פסים רחב, כמו גליום ניטריד (GaN), משמשים בייצור שבבים מתקדמים להגברת הספק ומגברי תדר רדיו, וסין מחזיקה בנתח גדול מאספקת הגליום העולמית. הדיווח מראה כי הגבלות היצוא של סין על גליום מציבות סיכונים אפשריים לביטחון הלאומי של ארה"ב. כדי להתמודד עם האתגר, DARPA ביקשה מ-Raytheon לפתח מוליכים למחצה המבוססים על יהלום סינתטי וניטריד אלומיניום (AIN).

על פי דיווחים, בעוד ש-GaN הוא חומר מוביל למוליכים למחצה בהספק גבוה ובתדרים גבוהים עם מרווח פסים של 3.4 אלקטרון וולט, ליהלום סינתטי יש פוטנציאל להתעלות על יכולות ה-GaN עם מרווח פסים של כ-5.5 אלקטרון וולט. עם זאת, יהלום סינתטי עדיין נחשב לחומר מוליך למחצה מתפתח, וקיימים אתגרים רבים לפני שניתן יהיה לייצרו בהיקף נרחב. ניטריד האלומיניום מאופיין במרווח פסים אף רחב יותר, של כ-6.2 אלקטרון וולט.

Raytheon מתכננת לפתח מוליכים למחצה מבוססי יהלום וניטריד אלומיניום לשימוש במערכות מכ"ם ותקשורת מתקדמות, כולל מתגי תדר רדיו, מגבילי עוצמה ומגברים שיאפשרו שילובם במערכות נשק מהירות. עם זאת, החברה עדיין לא פיתחה מוליכים למחצה מתאימים.

בהודעה לעיתונות, Raytheon ציינה כי במהלך השלב הראשון של החוזה, הצוות של טכנולוגיות מתקדמות יפתח שכבות מוליכים למחצה המבוססות על יהלום וניטריד אלומיניום וישלב אותם במערכות אלקטרוניות. השלב השני יתמקד באופטימיזציה ובבשלות הטכנולוגיה לייצור השכבות בקטרים גדולים יותר לשימוש בחיישנים.

קולין וולן, נשיא הטכנולוגיות המתקדמות ב-Raytheon, צוטט בהודעה לעיתונות כי "זהו צעד משמעותי קדימה שיחולל שוב מהפכה בטכנולוגיית המוליכים למחצה". הוא הדגיש כי "ל-Raytheon יש ניסיון מוכח בפיתוח חומרים דומים כמו גליום ארסניד וגליום ניטריד למערכות משרד הביטחון. על ידי ניצול ההיסטוריה החלוצית שלנו והמומחיות שלנו במיקרואלקטרוניקה מתקדמת, נעבוד לקידום החומרים הללו לשימושים עתידיים."

הפוסט ארה"ב מגיבה להגבלות היצוא של גליום מצד סין עם יוזמה חדשה למוליכים למחצה מבוססי יהלום הופיע לראשונה ב-Chiportal.