ابتكار علمي يُخفض استهلاك الطاقة في معالجة البيانات

مع الارتفاع الهائل في حجم البيانات الرقمية والتوسع المتسارع في تطبيقات الذكاء الاصطناعي، يزداد الضغط على أنظمة تخزين ومعالجة المعلومات بشكل غير مسبوق. وتشير تقديرات علمية إلى أن تشغيل مراكز البيانات وشبكات الحوسبة المتقدمة قد يصل، خلال العقود القليلة المقبلة، إلى نحو 30 في المائة من إجمالي استهلاك الطاقة العالمي.

هذا الواقع يطرح تساؤلاً محورياً: هل يمكن أن يشكّل استهلاك الطاقة عقبة حقيقية أمام مستقبل الذكاء الاصطناعي ومعالجة البيانات المتطورة؟

يرتبط الجواب بالقدرة على تطوير تقنيات أكثر كفاءة في التعامل مع المعلومات؛ إذ تُعد شرائح الذاكرة القلب النابض لكل الأجهزة الذكية، بدءاً من الهواتف المحمولة والحواسيب وصولاً إلى السيارات ذاتية القيادة والمعدات الطبية. غير أن هذه الشرائح تعتمد على مواد تقليدية تستهلك طاقة كبيرة عند تبديل اتجاهات الإلكترونات لتخزين البيانات، وهو ما يفتح المجال أمام أبحاث مكثفة لإيجاد بدائل تحقق الكفاءة ذاتها بسرعة أعلى وبطاقة أقل.

Table of Contents

اختراق علميالشرائح والذكاء الاصطناعي

اختراق علمي

في السياق، برز اختراق علمي من جامعة تشالمرز للتكنولوجيا في السويد، حيث طوّر الباحثون مادة ثنائية الأبعاد فائقة الرقة تجمع بين قوتين مغناطيسيتين متعاكستين داخل بلورة واحدة. وبحسب الفريق البحثي، فإن المادة الجديدة، وهي سبيكة مكوّنة من عناصر مغناطيسية وغير مغناطيسية (الكوبالت والحديد والجرمانيوم والتيلوريوم)، قادرة على دمج حالتي المغناطيسية الحديدية والمغناطيسية المضادة في بنية بلورية ثنائية الأبعاد واحدة.وأوضح الباحثون أن هذه الميزة النادرة تولّد ما أطلقوا عليه «المغناطيسية المائلة»، حيث تنشأ قوة تبادل داخلية تسمح للإلكترونات بتغيير اتجاهها بسهولة وسرعة من دون الحاجة إلى مجالات مغناطيسية خارجية. وكانت النتيجة انخفاضاً في استهلاك الطاقة داخل شرائح الذاكرة بمعدل يصل إلى عشرة أضعاف مقارنة بالمواد التقليدية، ونُشرت النتائج بعدد 29 سبتمبر (أيلول) 2025 من دورية (Advanced Materials).

يقول الدكتور بينغ تشاو، الباحث الرئيسي بالدراسة من قسم تكنولوجيا النانو والعلوم الدقيقة في جامعة تشالمرز للتكنولوجيا، إن المغناطيس يلعب دوراً جوهرياً في الشرائح الإلكترونية، وخاصة في الذاكرة، إذ يعتمد عملها على حركة الإلكترونات واتجاهها؛ فعندما تصطف الإلكترونات في اتجاه واحد (كما في حالة المغناطيسية الحديدية)، يمكن استخدام ذلك لتخزين المعلومات في الحواسيب.

وأوضح: «من خلال التحكم في هذه الاتجاهات باستخدام مجالات مغناطيسية أو تيارات كهربائية، تستطيع الشرائح تخزين البيانات واسترجاعها بسرعة وكفاءة، مما يجعل المغناطيس الأساس الذي يسمح بتحويل الظواهر الفيزيائية إلى بيانات رقمية قابلة للاستخدام».

وأشار تشاو إلى أن ما توصّل إليه الفريق البحثي يمثل مساراً جديداً كلياً في تصميم شرائح الذاكرة، من خلال دمج قوتين مغناطيسيتين متعاكستين (المغناطيسية الحديدية والمغناطيسية المضادة) داخل بلورة ذرية رقيقة ثنائية الأبعاد.

الشرائح والذكاء الاصطناعي

وعلى خلاف الأنظمة التقليدية متعددة الطبقات، التي تتطلب تصنيعاً معقداً وتعاني غالباً من مشكلات في نقاط التقاء الطبقات، فإن المادة الجديدة تبسّط عملية الإنتاج وتوفر موثوقية أعلى بكثير. والأهم أنها تتيح تقليل استهلاك الطاقة في أجهزة الذاكرة بمعدل يصل إلى عشرة أضعاف، وهو ما قد يغيّر مستقبل تكنولوجيا الذاكرة بجعل الشرائح أسرع وأكثر كفاءة واستدامة، مع انعكاسات مباشرة على الحواسيب، وأنظمة الذكاء الاصطناعي، والهواتف الذكية.

ونوه تشاو بأن بساطة عملية التصنيع تُعد ميزة إضافية بارزة، إذ إن تجنّب التكديس متعدد الطبقات ومشكلاته يسمح بتسريع تبني التقنية صناعياً وخفض تكاليف الإنتاج. كما أن الخصائص المغناطيسية الفريدة للمادة قد تفتح الباب أمام تطبيقات جديدة تتجاوز حدود الذاكرة التقليدية، مثل تطوير أجهزة كمومية، وحساسات متقدمة، وهياكل حوسبة مبتكرة.

ويرى الباحث بقسم تكنولوجيا النانو والعلوم الدقيقة في جامعة تشالمرز للتكنولوجيا، أن كفاءة استخدام الطاقة عامل أساسي لاستمرار النمو السريع للذكاء الاصطناعي، في ظل النمو المتسارع للبيانات الرقمية، ومن دون ابتكارات في تكنولوجيا الذاكرة الموفرة للطاقة، سيواجه التوسع السريع في الذكاء الاصطناعي والأنظمة المستقلة والتقنيات المعتمدة على البيانات تحديات استدامة كبيرة، وبالتالي، فإن خفض استهلاك الطاقة في أجهزة الذاكرة يعد شرطاً ضرورياً لضمان استمرارية تطور هذه المجالات.

ويضيف تشاو أن نهج خفض استهلاك الطاقة في الذاكرة يمثل استجابة مباشرة لأحد أكبر التحديات في تطوير الذكاء الاصطناعي، وهو الطلب الهائل على الطاقة، وإذا ما جرى تطبيق هذه المواد على نطاق واسع، فإنها ستؤدي لتقليص كبير في احتياجات الطاقة للبنية التحتية الحاسوبية المستقبلية، وهذا لن يجعل نمو الذكاء الاصطناعي أكثر استدامة فحسب؛ بل سيسمح أيضاً بانتشاره على نطاق أوسع وبقدرات أقوى، من دون أن يشكّل استهلاك الطاقة ضغطاً على النظم العالمية.