تصميم الرقائق في البرازيل

في عام 1971 أنتجت جامعة ساو باولو أول رقاقة في أمريكا اللاتينية^[9]. أشباه الموصلات هي مادة مثل السيليكون يمكن التحكم في قدرتها على حمل التيار الكهربائي، وكل رقاقة مصنوعة من واحدة. في عام 1991 منح قانون المعلوماتية (القانون 8.248) تخفيضات ضريبية لشركات الإلكترونيات التي تستثمر جزءًا من إيراداتها في البحث داخل البرازيل^[3]، وفي عام 2007 أنشأ القانون 11.484 برنامج PADIS، وهو برنامج دعم لصناعة أشباه الموصلات^[12]. في عام 2008 أسست الحكومة الفيدرالية CEITEC، وهي شركة حكومية في بورتو أليغري أصبحت مصنع الرقائق الوحيد في أمريكا اللاتينية^[17]، باستخدام عملية تصنيع مرخصة من الشركة الألمانية X-FAB في ديسمبر 2007^[15]. منتجها الأكثر شهرة، Chip do Boi، هو علامة راديو تحدد الأبقار، وكان أول رقاقة مصممة في البرازيل تصل إلى الإنتاج الضخم^[16].

المتحكم الدقيق هو حاسوب صغير على رقاقة واحدة، يحتوي على معالج وذاكرة ووصلات لأجهزة الاستشعار والأجهزة الأخرى، ويظهر داخل الأجهزة والمركبات والآلات الصناعية. BlueMacaw، الذي طور تحت اسم المشروع u32BR، هو متحكم RISC-V 32 بت، مما يعني أن سجلاته وعملياته الحسابية تعمل على أرقام بعرض 32 رقمًا ثنائيًا، مع Bluetooth Low Energy المدمج، وهو معيار لاسلكي للأجهزة التي تعمل بطاقة قليلة^[1]. صممته خمس جامعات فيدرالية مع شركات إلكترونيات: UFSM وUFMG وUnB وUFCG وUFPR. نسق العمل الأستاذ João Baptista Martins من UFSM وSanta Maria Design House، وشارك فيه أكثر من 50 شخصًا على مدى 30 شهرًا وتلقى تمويلًا عبر Softex بدعم من وزارة العلوم والتكنولوجيا والابتكار (MCTI)^[3,4]. قدمه الفريق في حدث RISC-V Brasil في كامبيناس في 14 يونيو 2024^[3]، وافتتح موقعه الرسمي في أكتوبر 2025^[5].

صنعت TSMC BlueMacaw في تايوان بعملية 22 نانومتر^[4,5]. العملية هي مجموعة خطوات التصنيع التي يستخدمها مصنع الرقائق، وحجمها بالنانومتر، وهو جزء من مليون من المليمتر، يشير إلى مدى صغر الترانزستورات، مما يحدد عددها التي تتسع على الرقاقة ومقدار الطاقة التي تستهلكها. يعمل المعالج بتردد 200 ميجاهرتز، أي 200 مليون دورة ساعة في الثانية، وله خط أنابيب من 4 مراحل، وهو تصميم يحافظ على أربع تعليمات قيد التنفيذ في وقت واحد، كل منها في مرحلة مختلفة من الجلب والتنفيذ. يحتوي على 32 كيلوبايت من الذاكرة للتعليمات و32 كيلوبايت للبيانات، حيث الكيلوبايت هو 1024 بايت والبايت هو مجموعة من 8 بتات. بوابة الساعة، التي توقف إشارة الساعة في أجزاء الرقاقة الخاملة، ووضع الاحتفاظ الذي يحافظ على محتويات الذاكرة بينما ينام باقي الرقاقة، يقللان الطاقة التي يستخدمها^[1].

ينظم RISC-V كمجموعة تعليمات أساسية بالإضافة إلى امتدادات اختيارية، وهي مجموعات من تعليمات إضافية يمكن لمصمم الرقاقة تضمينها أو حذفها. ينفذ BlueMacaw مجموعة RV32IC^[1]. الحرف I يرمز إلى المجموعة الأساسية من تعليمات الأعداد الصحيحة، مثل add وslli وbeq، والحرف C يرمز إلى الامتداد المضغوط، الذي يضيف إصدارات 16 بت من التعليمات الشائعة بحيث تشغل البرامج ذاكرة أقل. يحذف BlueMacaw امتداد M، الذي يوفر mul وdiv. المحاكي على هذا الموقع ينفذ RV32IM ويقبل mul، لكن البرنامج المترجم لـ BlueMacaw ليس لديه تعليمة ضرب متاحة، لذا يستبدل المترجم كل عملية ضرب باستدعاء روتين قصير يصل إلى النتيجة نفسها باستخدام الإزاحات والجمع من المجموعة الأساسية.

 # اضرب 6 في 7 باستخدام تعليمات RV32I الأساسية فقط.
li   a0, 6 # العدد الذي يُضرب، يتضاعف في كل تمريرة
li   a1, 7 # المضاعِف، يُقرأ من أدنى بت فيه
li   a2, 0 # المجموع الجاري
loop:
  beqz a1, done # توقف عندما يصل المضاعِف إلى 0
  andi t0, a1, 1 # اعزل أدنى بت
  beqz t0, skip # تخطَّ الجمع عندما يكون ذلك البت 0
  add  a2, a2, a0 # أضف القيمة المضاعفة الحالية
skip:
  slli a0, a0, 1 # ضاعف العدد الذي يُضرب
  srli a1, a1, 1 # أزح المضاعِف يمينًا لكشف البت التالي
  j    loop
done:
  mv   a0, a2 # انقل النتيجة إلى a0 للطباعة
  li   a7, 1 # الخدمة 1 = طباعة عدد صحيح
  ecall
  li   a7, 10 # الخدمة 10 = خروج
  ecall

يضرب البرنامج عددين بالطريقة نفسها التي يعمل بها الضرب الطويل على الورق، لكنه يستخدم الأرقام الثنائية بدلًا من العشرية. المضاعف 7 هو 111 في النظام الثنائي. تستخدم الحلقة andi لقراءة أدنى بت من المضاعف، وعندما يكون ذلك البت 1، تضيف القيمة الحالية للعدد الآخر إلى المجموع الجاري. ثم يضاعف slli العدد الآخر، ويزيح srli المضاعف إلى اليمين بحيث تقرأ الدورة التالية البت التالي. تنتهي الحلقة عندما يصل المضاعف إلى 0، ويطبع البرنامج 42. على رقاقة بدون امتداد M، تكلف كل بت من المضاعف عدة تعليمات، مما يبقي المعالج أصغر ويقلل من استهلاكه للطاقة.

كتب مختبر المترجمات في UFMG، بتنسيق من الأستاذ Fernando Pereira، مجموعة تطوير البرمجيات (SDK) الخاصة بـ BlueMacaw، وهي حزمة الأدوات والشيفرة التي يثبتها المبرمج لكتابة برامج للرقاقة^[3]. مترجمها هو GCC، وهو مترجم مجاني واسع الاستخدام يترجم C وC++ إلى شيفرة الآلة، مهيأ لـ RISC-V. تحتوي المجموعة أيضًا على مجمع، يترجم لغة التجميع إلى شيفرة الآلة، ورابط، يدمج الأجزاء المترجمة في برنامج واحد، ومنقح GDB، الذي يتصل بالرقاقة عبر أداة تسمى OpenOCD. تعمل البرامج على العتاد مباشرة بدون نظام تشغيل تحتها، وتوفر المجموعة شيفرة البدء التي تهيئ الرقاقة، وتخصيص الذاكرة، ومشغلات الأجهزة الطرفية، وهي الدوائر المدمجة للمؤقتات والاتصال التسلسلي والمدخلات التناظرية وBluetooth^[2].

في الجامعة الفيدرالية لريو غراندي دو سول (UFRGS)، صمم Anderson I. Silva وAltamiro Susin وFernanda L. Kastensmidt وAntonio Carlos S. Beck وJosé Rodrigo Azambuja نواة NoX، وهي نواة RISC-V 32 بت، وهي الجزء من الرقاقة الذي ينفذ التعليمات، وأصدروا تصميمها كمصدر مفتوح بحيث يمكن لأي شخص قراءتها واستخدامها وتعديلها. لدى NoX خط أنابيب من 4 مراحل وهو مخصص للرقائق التي تجمع عدة نوى صغيرة في أجهزة على حافة الشبكة، مثل أجهزة الاستشعار التي تعالج البيانات حيث تجمعها. قُدم في SBCCI 2024، الندوة البرازيلية لتصميم الدوائر المتكاملة والأنظمة^[6].

في 15 مارس 2024، وقع معهد Eldorado في كامبيناس وباحثون من Unicamp اتفاقية مع مركز برشلونة للحوسبة الفائقة لبناء مسرع ضرب المصفوفات داخل معالج RISC-V، في إطار برنامج PPI-Softex بدعم من MCTI^[7]. المسرع هو دائرة مخصصة لنوع واحد من الحسابات، وضرب المصفوفات هو الحساب الذي تؤديه نماذج الذكاء الاصطناعي أكثر من غيره. في أغسطس 2025 وصفت الحكومة حاسوبًا فائقًا وطنيًا للمختبر الوطني للحوسبة العلمية (LNCC)، وهو جزء من خطة الذكاء الاصطناعي البرازيلية (PBIA)، بحوالي 5000 معالج رسومات في البداية ومسرع ومعالج RISC-V من Unicamp ومركز برشلونة وEldorado في مرحلة لاحقة^[8].

RISC-V International هي المنظمة التي تحافظ على مواصفات RISC-V، وهي الوثائق التي تحدد كل تعليمة. في فبراير 2024 انضمت البرازيل كعضو رئيسي، وهو أعلى مستوى عضوية في المنظمة، مع شغل المقعد من قبل MCTI^[9]. Alessandro Campos، المنسق العام لتقنيات أشباه الموصلات في MCTI، عضو في مجلس الإدارة^[11]، والأستاذ Guido Araujo من Unicamp يمثل MCTI في اللجنة التوجيهية التقنية، وهي المجموعة التي تصوت على الامتدادات الجديدة والتغييرات في المواصفات^[10].

Brasil Semicon، التي أنشأها القانون 14.968 في 11 سبتمبر 2024، تمدد قانون المعلوماتية وحوافز PADIS الضريبية حتى 2029 وتجعل تصميم الرقائق والبحث وإنتاج الشاشات والألواح الشمسية وتدريب المتخصصين مؤهلة إلى جانب تصنيع الرقائق^[12].

يدرب البرنامج الوطني للإلكترونيات الدقيقة مصممي الرقائق من خلال CI Inovador، وهو برنامج إقامة تنسقه Softex يتلقى فيه المشاركون منحة شهرية قدرها 5,000 ريال بينما يدرسون ويعملون على تصميم الدوائر^[14,22]. في يونيو 2026 أنشأ برنامج الدراسات العليا في الهندسة الكهربائية في UFSM خط بحث في الإلكترونيات الدقيقة والأنظمة الإلكترونية المتكاملة، مع أماكن للماجستير والدكتوراه في المجموعة التي تقود BlueMacaw^[13].

تصمم البرازيل الرقائق بالأحجام الحالية لكن ليس لديها مصنع قادر على تصنيعها. تعمل عملية CEITEC عند 0.6 ميكرومتر، أو 600 نانومتر، أي حوالي 27 ضعف 22 نانومتر المستخدمة في BlueMacaw، لذلك يتم تصنيع التصاميم البرازيلية مثل BlueMacaw في الخارج^[5,15]. وصل Chip do Boi أيضًا إلى الإنتاج الضخم في مصانع X-FAB في ألمانيا والولايات المتحدة، بينما صنعت CEITEC نماذج أولية وكميات صغيرة في بورتو أليغري^[15,16].

حجزت السياسة الوطنية للمعلوماتية، القانون 7.232 لعام 1984، سوق الحاسبات المحلي للشركات ذات رأس المال البرازيلي لمدة ثماني سنوات^[24]. عندما انتهى الحجز في 1992 وانفتح السوق للواردات، لم تستطع العديد من الشركات المحمية منافسة المصنعين الأجانب وأغلقت أو تم شراؤها، غالبًا من قبل شركات متعددة الجنسيات^[24]. كانت مصانع أشباه الموصلات في Transit وPhilco وSID قد أغلقت بالفعل في 1981 و1984 و1997^[25].

يتركز إنتاج الرقائق في البرازيل اليوم على التغليف، وهي المرحلة النهائية التي تُقطع فيها الرقائق الجاهزة من رقاقة السيليكون، وهي القرص الرقيق الذي تُصنع عليه العديد من الرقائق معًا، وتُغلق في علب واقية. تعمل خمس مجموعات تغليف في البلاد، معظمها لرقائق الذاكرة المستخدمة في الحواسيب والهواتف^[25]. وصفت دراسة عام 2015 من بنك التنمية الوطني، BNDES، البرازيل بأنها واحدة من الاقتصادات الكبيرة القليلة بدون تصنيع محلي للرقائق وسجلت عجزًا تجاريًا في أشباه الموصلات، وهو المبلغ الذي تتجاوز به الواردات الصادرات، نما من أقل من 500 مليون دولار أمريكي في 1992 إلى حوالي 5 مليارات دولار أمريكي سنويًا في 2013 و2014^[26].

كانت SIX Semicondutores، التي أُعيد تسميتها لاحقًا إلى Unitec، أكبر محاولة خاصة لإنشاء مصنع رقائق. كانت تقع في ريبيراو داس نيفيس، ميناس جيرايس، وتم تصورها في عام 2005 مع إيكي باتيستا بين مؤسسيها. تلقت حوالي 1.2 مليار ريال من BNDES، وبنك تنمية ميناس جيرايس (BDMG)، وشركاء من القطاع الخاص، وكانت IBM تمتلك 18.8% من الشركة وتزودها بتقنيتها^[27]. أوقفت البنوك العامة الائتمان في عام 2015، ورفع انخفاض قيمة الريال تكلفة المعدات المستوردة، وتركت IBM في عام 2019 بعد بيع أعمال تصنيع الرقائق الخاصة بها^[27]. لم ينتج المصنع أبدًا رقاقة تجارية. دخل في الاسترداد القضائي، وهو إعادة هيكلة للديون تحت إشراف المحكمة، مدينًا بحوالي 600 مليون ريال^[27].

درب برنامج CI-Brasil، الذي أُنشئ في عام 2005، أكثر من 1,000 مصمم رقائق في ثلاثة مراكز قبل أن ينفد تمويله في عام 2019^[25]. نما البرنامج الوطني للإلكترونيات الدقيقة لعام 2002 إلى 20 شركة تصميم، وبقيت 7 منها في عام 2023^[25]. في يناير 2021، أصدر الرئيس جايير بولسونارو حقّي نقض أزالا مواد من القانون التكميلي 177. حظرت إحدى المواد حجز الأموال في FNDCT، صندوق العلوم الوطني، ونقلت الأخرى أموال عام 2020 غير المستخدمة إلى عام 2021، مما ترك 4.2 مليار ريال من الصندوق محجوزة^[28].

كادت CEITEC أن تغلق. أذن المرسوم 10.578 الصادر في 16 ديسمبر 2020 بحلها، بناءً على توصية مجلس برنامج شراكات الاستثمار^[17]. قدمت الحكومة ثلاثة أسباب: تحويلات فيدرالية لا تقل عن 50 مليون ريال سنويًا لتغطية العجز التشغيلي، وخسائر من 23.9 مليون ريال إلى 49.6 مليون ريال سنويًا بين 2015 و2017، وعدم وجود مشتر^[17,23]. أوقفت المحكمة الفيدرالية للحسابات (TCU) العملية في 1 سبتمبر 2021، بعد أن وجدت نقاط ضعف لا يمكن التغلب عليها في التبرير، من بينها أنه تجاهل خسارة الاستثمار العام والمعرفة المتراكمة^[18]. عكس المرسوم 11.768 الصادر في 6 نوفمبر 2023 الحل^[19]. في ديسمبر 2024 وافقت MCTI على 220 مليون ريال من صندوق العلوم الوطني (FNDCT) لتحويل المصنع إلى رقائق طاقة كربيد السيليكون، المستخدمة في العواكس الشمسية والمركبات الكهربائية^[20]. منحت الميزانية الفيدرالية لعام 2025 CEITEC 60 مليون ريال، وقال رئيسها Augusto Gadelha إن التحويل يحتاج إلى عدة مئات من الملايين وسيتأخر^[29]. في مايو 2026 توسطت MCTI في شراكة بين CEITEC وGlobal Power Technology، وهي شركة صينية، لهذا الإنتاج^[21].

في أكتوبر 2026 بدأ معهد إلدورادو في كامبيناس مشروعًا وطنيًا لتصميم معالج ذكاء اصطناعي على معمارية RISC-V. وتقوده معه جامعة ولاية كامبيناس (Unicamp)، وانضم مركز ريناتو أرشر لتقنية المعلومات^[30]. والتزمت وزارة العلوم والتكنولوجيا والابتكار بمبلغ 50 مليون ريال للسنة الأولى عبر FNDCT وBNDES وFINEP، ويُخطط لنحو 75 مليونًا إضافية للمراحل اللاحقة^[30]. التصميم عبارة عن مسرّع مصفوفات: عدة شرائح مجمّعة على لوحة واحدة تنفّذ العمليات الحسابية التي تتطلبها نماذج الذكاء الاصطناعي. وهو يستهدف أحمال عمل متخصصة مثل توليد الصور بدلًا من تدريب نماذج اللغة العامة^[30].

يواصل المشروع خط العمل الذي تصفه هذه المقالة. أثبت BlueMacaw أن اتحادًا برازيليًا قادر على نقل مجموعة تعليمات مفتوحة إلى سيليكون عامل، ويطبّق المسرّع الانفتاح نفسه على الحوسبة عالية الأداء. والدافع اقتصادي: تستورد البرازيل نحو 8 مليارات دولار من أشباه الموصلات سنويًا، ويُبقي المسرّع المحلي جزءًا من ذلك الإنفاق داخل البلاد. ويشكّل العمل جزءًا من خطة الذكاء الاصطناعي البرازيلية، وهي البرنامج نفسه الذي يقف وراء الحاسوب العملاق الوطني^[33].

تحتاج الشريحة إلى أكثر من المعادن الموضحة في الخريطة أعلاه. فمصانع التصنيع تعمل أيضًا بالغازات. يبرّد الهيليوم الرقائق أثناء المعالجة، ويحفظ الغرف خالية من الهواء الملوّث، ويكشف التسريبات المجهرية، ويحمل النيون ضوء الليزرات التي تحفر الأنماط في السيليكون. في أكتوبر 2026 صنّفت وزارة الطاقة الأمريكية الهيليوم مادة حرجة: فتصنيع أشباه الموصلات لا يستغني عنه، والإمداد العالمي مركّز في بلدان قليلة^[34]. تسرد لوحة الموارد الطبيعية في هذه الصفحة المواد والغازات التي تغذّي إنتاج الإلكترونيات وتشير إلى ما يستخرجه هذا البلد أو ينتجه في أراضيه.

تشير العلامات إلى الإنتاج لا إلى الاحتياطيات. تمتلك أوكرانيا أحد أكبر موارد الليثيوم في أوروبا ولم تبدأ استخراجه، والبرازيل لا تنتج الهيليوم إطلاقًا، لذا فإن أي خطة تصنيع وطنية ترث ذلك الاستيراد. والنيون هو أوضح حالة: قبل 2022 كانت أوكرانيا تورّد نحو نصف النيون العالمي بدرجة أشباه الموصلات، وقد دمّر الغزو ذلك الإنتاج^[35]. تحدد المعادن والغازات معًا إلى أي مدى يستطيع بلد بناء صناعة شرائح محلية، ولا يملك أي بلد جميعها.

تعرض الخريطة في هذه الصفحة مجموعات بيانات عامة. المصادر الرئيسية مدرجة أدناه.