أنتج معالج شاكتي المفتوح من معهد آي آي تي مدراس ثلاث رقاقات في مصنع SCL الهندي، من رقاقة RIMO عام 2018 إلى وحدة التحكم الفضائية IRIS التي شُغّلت مع إيسرو عام 2025

في 11 فبراير 2025 أعلن معهد آي آي تي مدراس وإيسرو أن IRIS، وهي رقاقة تحكم 64 بت للأنظمة الفضائية، صُمّمت وصُنعت وغُلّفت وركّبت على لوحة وشُغّلت، وكل ذلك داخل الهند بحسب المعهد. وتقوم الرقاقة على شاكتي، عائلة التصاميم المفتوحة للمعالجات من المعهد. وقال البروفيسور في. كاماكوتي، مدير المعهد وقائد مشروع شاكتي، إنها ثالث رقاقة من شاكتي تُصنَّع في مختبر أشباه الموصلات (SCL) في تشانديغار، بعد RIMO عام 2018 وMOUSHIK عام 2020.

شاكتي مجموعة من تصاميم المعالجات يحق لأي أحد أن يقرأها وينسخها ويعدّلها، وقد صُنعت منها عدة رقاقات. وتبيّن المصادر ما هذه العائلة، وأي الرقاقات موجودة، وما الذي يستطيع SCL تصنيعه، وماذا طلبت إيسرو في IRIS، وأي برنامج وأي شركات نمت حول هذه الأنوية.

تصميم معالج يستطيع أي أحد قراءته

يتبع كل معالج بنية مجموعة تعليمات، أي قائمة العمليات التي يفهمها. وتقول صفحة الدافع على موقع شاكتي إن المجموعات المهيمنة مرخّصة: فإنتل ترخّص مجموعتها لعدد قليل من المستخدمين، وآرم تتقاضى رسوم ترخيص وإتاوات، وبعض التراخيص تصل إلى ما بين مليون و10 ملايين دولار أمريكي. أما RISC-V، التي نشأت من مشروع بحثي في جامعة كاليفورنيا في بيركلي، فهي معيار مفتوح تقول RISC-V International إن مواصفاته المعتمدة بلا إتاوات. وتطبّقها أنوية شاكتي. وتقول الصفحة الرئيسية للمشروع إن الشيفرة المصدرية لمكونات شاكتي مفتوحة بترخيص BSD ثلاثي البنود، وقد قال كاماكوتي في مقابلة عام 2019 إن ذلك يتيح لأي أحد تعديل التصميم دون إبلاغ الفريق. وأضاف أن التصاميم مكتوبة بلغة Bluespec SystemVerilog، وهي لغة لوصف العتاد.

وذكر كاماكوتي سبب البدء في المقابلة نفسها. فالمعالج المشترى من الخارج صندوق أسود، كما قال: يستطيع المشتري أن يتأكد من أنه يفعل ما يريد، لكنه لا يتأكد أبدا من أنه لا يفعل شيئا آخر، ولذلك ينبغي أن يكون لكل بلد معالجه الخاص. ويأتي الاسم من أول معالج مفتوح نظر فيه الفريق، وهو POWER من آي بي إم. والقوة بالسنسكريتية شاكتي، كما قال. ووجد الفريق أن OpenPOWER أقل انفتاحا مما أمل، فانتقل إلى RISC-V، ويصف كاماكوتي معهد آي آي تي مدراس بأنه من الأعضاء المؤسسين الأوائل لمؤسسة RISC-V.

وتعطي المصادر ثلاث سنوات للبداية. فكاماكوتي يؤرّخ البرنامج بعام 2012. وتقول شرائح المشروع نفسه إن شاكتي وُلد عام 2013، حين استكشف الفريق مجموعات التعليمات وتواصلت معه بيركلي لتبني RISC-V. ويقول موقع المشروع إنه بدأ مبادرة أكاديمية عام 2014. أما تمويل وزارة الإلكترونيات وتقنية المعلومات (MeitY) فتؤرّخه الشرائح بعام 2018، حين بدأ البرنامج الهندي لتطوير المعالجات الدقيقة. وقال كاماكوتي عام 2019 إن مجموعته تلقت منحة من MeitY بنحو 11 كرور روبية، وإن أحد الخريجين رعى بنحو مليون دولار أمريكي مركزا سماه C-DISHA. ويضع بيان المعهد لعام 2025 المشروع في مركز براثاب سوبرامانيام للذكاء الرقمي وبنية العتاد الآمن.

ثلاث فئات من الأنوية

تصف صفحة المعالجات عائلة مرتبة بحسب الحجم. فئة E نواة مدمجة بثلاث مراحل ومنفّذة بالترتيب، للأعمال منخفضة الطاقة مثل البطاقات الذكية ومتحكمات المحركات والروبوتات. وفئة C نواة تحكم بخمس مراحل ومنفّذة بالترتيب، مع إدارة للذاكرة، وتستطيع تشغيل لينكس، وتستهدف نطاق ساعة بين 0.5 و1.5 غيغاهرتز. وتضيف فئة I التنفيذ خارج الترتيب وتعدد المسارات، بهدف يتراوح بين 1.5 و2.5 غيغاهرتز. أما الفئات متعددة الأنوية والموجهة إلى الخوادم، وفئتان تجريبيتان للذاكرة الموسومة وتحمّل الأعطال، فتصفها الصفحة نفسها بوصفها خططا أو أبحاثا.

الرقاقات، من أوريغون إلى تشانديغار

ووصف معهد آي آي تي مدراس رقاقتي SCL لعام 2018، كما نقلت IANS، بأنهما أول معالج دقيق من نوع RISC-V صُمم وصُنع بالكامل في الهند. وروى كاماكوتي الخطة عام 2019: التصميم في مختبر RISE بالمعهد، والتصنيع في SCL، والتحقق على لوحة أم صُنعت في المعهد. وأضاف أن الرقاقتين، رقاقة إنتل ورقاقة SCL، صُنعتا في غضون ستة أشهر تقريبا إحداهما من الأخرى.

وتحدد العملية التصنيعية سقف السرعة. فقد قال كاماكوتي عام 2019 إن 180 نانومترا، وهي العملية التي يشغّلها SCL، تعطي حتى 100 ميغاهرتز، وربما من 150 إلى 200 ميغاهرتز بعد إضافات صغيرة من المصنع. ولاحظ تقرير IANS عن إعلان 2018 أن كثيرا من التطبيقات تحتاج معالجات دون 200 ميغاهرتز.

ما هو SCL

يصف مختبر أشباه الموصلات نفسه بأنه هيئة مستقلة تابعة لـMeitY، والمنشأة الوحيدة المتكاملة لتصنيع الأجهزة في البلاد، وتشمل التصميم والتصنيع والتغليف والاختبار وضمان الموثوقية. وكان في الأصل شركة Semiconductor Complex Limited، وهي مؤسسة حكومية، وتحوّل إلى مختبر تابع لإدارة الفضاء في 1 سبتمبر 2006. وانتقلت سيطرته الإدارية من إدارة الفضاء إلى MeitY بإشعار صدر في 7 فبراير 2022. ويصف تقرير IANS لعام 2018 المختبر بأنه تابع لإيسرو، وهو ما يوافق السنوات التي كان فيها تحت إدارة الفضاء.

ويقول SCL إن لديه خط رقائق 8 بوصات معتمدا وفق معيار JEDEC عند عقدة CMOS بقياس 180 نانومترا، مع خيارات جهد 1.8 فولت أو 1.8/3.3 فولت أو 1.8/5 فولت وبين أربع وست طبقات معدنية من الألمنيوم، إضافة إلى خط 6 بوصات للأجهزة الكهروميكانيكية الدقيقة. وتضع بيانات المعهد SCL في تشانديغار، ويضعه بيان من PIB في موهالي. أما مصانع الرقاقات التجارية المعتمدة ضمن مهمة أشباه الموصلات الهندية، وهي برنامج منفصل، فيتناولها مقال سباق مصانع أشباه الموصلات.

IRIS، وحدة تحكم نشأت فكرتها في إيسرو

IRIS اختصار Indigenous RISC-V Controller for Space Applications، أي وحدة التحكم الهندية من نوع RISC-V للتطبيقات الفضائية. ويقول بيان المعهد إن الفكرة جاءت من وحدة النظم القصورية (IISU) في إيسرو في ثيروفانانتابورام، التي اقترحت وحدة تحكم 64 بت من نوع RISC-V وعملت مع المعهد على المواصفات. وحُدد التكوين من الاحتياجات المشتركة للحساسات والأنظمة المستخدمة في مهمات إيسرو. وأُلحقت بنواة شاكتي ذاكرات داخلية تتحمل الأعطال، وأُضيفت وحدات مخصصة تُستخدم في الأنظمة الفضائية: وحدة CORDIC (كتلة عتادية للحسابات المثلثية)، ومؤقتات حارسة، وناقلات تسلسلية متقدمة. وتترك أوضاع الإقلاع المتعددة وواجهات توسيع الذاكرة مجالا للمهمات اللاحقة. وتدرج صفحة التصنيع التجريبي في المشروع النواة بوصفها تصميما من فئة C بتقنية CMOS 180 نانومترا في حزمة شبكة كروية 219 سنا بقياس 17 ملم في 17 ملم.

ويسمّي البيان كل مرحلة من السلسلة. فقد صنع SCL الرقاقة. وغلّفتها شركة Tata Advanced Systems في بيرجيناهالي بولاية كارناتاكا. وصنعت PCB Power في غوجارات اللوحة الأم، وجمّعتها وركّبتها Syrma SGS في تشيناي، وكتب المعهد البرمجيات وشغّلها. وقال المدير العام لـSCL كاماليت سينغ إن الرقاقة صُنعت بتقنية 180 نانومترا في SCL، بما في ذلك تصميم إطار القناع وإعداد GDS والاختبار، وإن التحقق على مستوى الرقاقة (wafer) جرى في SCL مع فريق المعهد.

ووصف رئيس إيسرو، الدكتور في. نارايانان، الإنجاز بأنه محطة لشعار “صنع في الهند” في تصميم أشباه الموصلات وتصنيعها. وقال أيضا:

من المخطط اختبار منتج مبني على وحدة التحكم هذه في رحلة قريبا، وسيجري تأكيد الأداء.

ولا يذكر أي من المصادر التي فُتحت لهذا المقال نتيجة رحلة حتى 5 نوفمبر 2026.

البرنامج والشركات من حوله

في 27 أبريل 2022 أعلنت MeitY برنامج الهند الرقمية لـRISC-V (DIR-V)، بمراحل تشمل سيليكونا تجاريا وعقودا لشاكتي ولمعالجات VEGA من C-DAC بحلول ديسمبر 2023. وسُمّي كاماكوتي كبير المعماريين وإس. كريشناكومار راو مدير البرنامج. وتُروى أعمال C-DAC السابقة في الحواسيب الفائقة في مقال PARAM.

وأدرج بيان من PIB في 17 نوفمبر 2023 عمليات التصنيع التجريبي ضمن البرنامج: معالجات شاكتي 32 بت و64 بت بتقنية 180 نانومترا في SCL و22 نانومترا في إنتل، ومعالج AJIT 32 بت من IIT Bombay بتقنية 180 نانومترا في SCL، ومعالجات VEGA بتقنية 130 نانومترا في Silterra، وللنسخة 64 بت بتقنية 180 نانومترا في SCL. وقال البيان نفسه إن C-DAC صنعت سلسلة من لوحات التطوير ARIES على رقاقة VEGA. وفي 20 مارس 2025 أعلنت MeitY عن تحدي DIR-V الكبير، وفي صميمه معالجات VEGA وشاكتي، وبدء استقبال الطلبات من 10 أبريل.

وبدأت شركات تبني على هذه الأنوية. فتدرج شرائح المشروع خمس شركات ناشئة انبثقت من المبادرة، ثلاث منها عام 2021: Mindgrove وSecurweave وVyoma. وتقول مدونة RISC-V International لعام 2023 إن Mindgrove تستخدم أنوية شاكتي في رقاقاتها، وإن InCore Semiconductors تطوّر أنوية معالجات RISC-V. وتقول Mindgrove، التي تأسست عام 2021 واحتضنها معهد آي آي تي مدراس، إنها أطلقت رقاقة إنترنت الأشياء الآمنة في مايو 2024. وتدرج صفحة منتجها نواة شاكتي واحدة 64 بت من فئة C بتردد 700 ميغاهرتز على عملية 28 نانومترا، مع تشفير عتادي وإقلاع آمن ولوحات تقييم ووحدات صغيرة.

ما يتركه السجل مفتوحا

وصف “الأول” يعود إلى إعلان معهد آي آي تي مدراس عام 2018، الذي نقلت IANS أنه وصف رقاقتي SCL بأنهما أول معالج دقيق من نوع RISC-V صُمم وصُنع بالكامل في الهند. وتحدث كاماكوتي بعبارة أضيق بعد عام: “لم نصنّع معالجا دقيقا من IIT”، كما قال، واصفا الرقاقات بأنها صغيرة جدا قياسا إلى معالج، وسمّى تشغيل لينكس على المعالج أصعب مرحلة.

أما اختبار IRIS في الرحلة الذي وصفه رئيس إيسرو بأنه مخطط في فبراير 2025، فلا نتيجة منشورة له في المصادر التي فُتحت لهذا المقال حتى 5 نوفمبر 2026. والرقاقات الثلاث من SCL تصاميم 180 نانومترا، وهي عملية يصفها SCL بأنها قاعدته الأساسية، وتُظهر قطعة Mindgrove بقياس 28 نانومترا الأنوية على عقدة أدق، وإن كانت تلك المصادر لا تذكر أين تُصنع.