הנה בעיה שכולנו מכירים: דיברתם בסלולר יותר מדי זמן? הוא התחמם לכם ושרף באוזן. טענתם את הסוללה שלו במטען חזק? הסוללה התחממה כמו כירת אינדוקציה. שלא לדבר על החום שמפיק הלפטופ שלכם, כשהוא מונח על הברכיים.
מכשיר שמתחמם אולי נשמע כמו ניג'וס שאפשר להתגבר עליו, אבל כשמדברים עם ד"ר שי שפירא, מנכ"ל פונוניקס (Phononics), מבינים שהחום שמייצרים שבבי מחשבים הוא אחת הבעיות האקוטיות שמטרידות את עולם פיתוח השבבים כולו. "כולו" כלומר את אינטל ואת אנבידיה, את מארוול ואת טאואר - ולמעשה גם את כל חברות הענן הגדולות, שמפעילות אלפי חוות שרתים בעולם.
מזה כמה שנים שמהירות השעון של השבבים אינה עולה מדור לדור פשוט כי היא תגרום לחום לחצות את רף 100 המעלות, שמעבר אליו הוא מפסיק לתפקד. החברות מתפתלות עם פתרונות שעוקפים את הבעיה בצורות שונות, יקרות ומסובכות
שפירא אומר שמכל קילווט-שעה חשמל שצורך דאטה סנטר כזה (והם צורכים מיליוני קוט"ש, אם צריך להזכיר) חצי מוזרם להפעלת המעבדים וחצי לקירור שלהם. יש חוות שרתים ליד סכרים, שגם מייצרים חשמל וגם מספקים מי קירור, יש חוות שנבנו בערבות קרח או מתחת לפני הים, ויש כאלה שמתוכננות על הירח. החום, החום הורג אותן.
מה שמייצר את החום הוא הזרם הגבוה שעובר דרך רכיבים אלקטרוניים מיקרוסקופיים צפופים, את זה כולם מכירים. מה שפחות מוכר הוא התקרה הטכנולוגית שחוסמת את התקדמות הטכנולוגיה לפי חוק מור המפורסם: מזה כמה שנים שמהירות השעון של השבבים אינה עולה מדור לדור פשוט כי היא תגרום לחום לחצות את רף 100 המעלות, שמעבר אליו הוא מפסיק לתפקד. החברות מתפתלות עם פתרונות שעוקפים את הבעייה בצורות שונות, יקרות ומסובכות, וזה רק בגלל שהעלאת עוצמת השבבים ישירות תגרום להם להתחמם מדי.
עכשיו נכנס הפיתרון שמציעה פונוניקס, ושאם יתקבל הוא עשוי לשבש את עולמות השבבים לנצח. כמו רדיאטור שמצנן מנועי מכוניות, בשבבים יש מכסה אלומיניום או נחושת, שידועים כמוליכי חום מצוינים, ושמטרתם לנקז את החום ולפזר אותו. אבל מה אם נייצר את שכבת פיזור החום מחומר שמוליך חום פי כמה וכמה יותר טוב מנחושת? אז מתברר שיש חומר כזה – יהלום. לא יהלום כתכשיט אלא שכבת יהלום סינטטי שהוא אחד החומרים מוליכי החום הטובים ביותר שידועים לאדם. יהלומים לנצח.
"שוק ענק של חצי טריליון דולר, אולי יותר"
כמה יעיל כבר יכול להיות יהלום? שפירא מדגים לנו עם פיסת יהלום סינתטי שהוא תוחב לתוך קוביית קרח. קצה היהלום חותך בקרח כמו סכין בחמאה. חום הגוף של היד המחזיקה בקצה היהלום עובר לקצה השני ועושה את העבודה. והקור של הקרח מורגש היטב בידו של שפירא.
"עשינו מדידות עם מעבדים רגילים שקנינו ב-KSP", מספר שפירא, "פירקנו את מכסה הנחושת ושמנו שכבה של יהלום רב גבישי על שכבת הסיליקון. הטמפרטורה ירדה ב-20 מעלות. זה האפקט. בדקנו את זה עם עוד שבבים מסוגים שונים – בכולם היתה אותה תופעה. אם אתה מפעיל דאטה סנטר אתה יכול לקרר ב-20 מעלות פחות ולחסוך אנרגיה או להוסיף יותר ביצועים עם אותה מערכת קרור. בטווח הארוך מתכנני הצ'יפים יוכלו להגיע לעד פי חמישה ביצועים על צ'יפ נתון. זה מטורף. זו בעיה לא פתורה בתעשייה כבר 20 שנה".
שי שפירא, מנכ"ל: "פירקנו את מכסה הנחושת ושמנו שכבה של יהלום רב גבישי על שכבת הסיליקון. הטמפרטורה ירדה ב-20 מעלות. זה האפקט. בדקנו את זה עם עוד שבבים מסוגים שונים – בכולם היתה אותה תופעה"
אפשר לומר שלידתה של פונוניקס במחקרים של פרופ' אלון הופמן מהפקולטה לכימיה בטכניון, שחקר את תהליך יצירת היהלומים הסינתטיים. ולא מדובר כאן באלכימיה של יצירת זהב יש מאין. כבר במאה שעברה מצאו חוקרים שדחיסת גז אורגני בטמפרטורות גבוהות בשילוב הזרמת מתח חשמלי גבוה יוצרת שכבת יהלומים של ממש, שקשה מאוד להבחין בינה לבין יהלום טבעי. בשנים האחרונות השיטות שופרו, תנאי הקיצון הנדרשים מותנו, ובמעבדה של פרופ' הופמן פיתחו שימושים תעשייתיים לשכבות של יהלום סינתטי, למשל חלקי מכונות או חלקי חלליות.
כמה שנים קדימה אנחנו מגיעים לאדם הופמן, בוגר קורס חובלים, בוגר כלכלה ומנהל עסקים, בוגר כימיה והנדסת חומרים ובנו של אלון הופמן. הופמן דור ההמשך לא רצה להמשיך במחקרים, אלא ביישום שלהם, והוא הקים שתי חברות:ICDAT לייצור יהלומים סינתטיים לתכשיטים ופונוניקס – לשימושים תעשייתיים של שכבות יהלומים רב גבישיים.
בעבר התפרסם שפונוניקס הוקמה ב-2018 בשיתוף פעולה של ICDAT ושל אלתא של התעשייה האווירית. המטרה היתה לפתח דרכים לקרר פעילות אלקטרונית עתירת חום, ולשם כך החברה הממשלתית נאותה להשקיע 4 מיליון דולר מול 2 מיליון נוספים שהשקיעו הבעלים ומשקיעים נוספים. ביחד עם תקציבי מחקר מרשות החדשנות גייסה כ-8 מיליון דולר, כשלאלתא יש אופציות שניתן לממשן לאחזקות בחברה.
ד"ר שי שפירא הצטרף לפונוניקס ב-2020, ומעט אחריו הצטרפה המדענית הראשית של החברה ד"ר ענבר דג. שניהם באים מהיסטוריה עשירה בתחום פיתוח השבבים, ונפגשו לראשונה כשעבדו בטאואר סמיקונדקטור הישראלית. "בשלב הזה אני אמרתי שאנחנו צריכים לכוון לשוק הסמיקנודקטור (מוליכים למחצה, שבבים) שהוא בכלל לא באותה סקאלה, זה שוק ענק של חצי טריליון דולר, אולי יותר" הוא אומר.
לצידם עובד בחברה גם ד"ר שאול מיכלזון, שהיה דוקטורנט של אלון הופמן, ונחשב לאחד המומחים הגדולים בתחום גידול היהלומים. בסך הכל עובדים בחברה 12 עובדות ועובדים, חמישה מהם בעלי תואר דוקטור. "אנחנו חברה של הרבה מחקר ופיתוח, הרבה דיפטק", אומר שפירא.
פונוניקס. 5 בעלי תואר ד"ר
הבעיה היא שעם מחקר ופיתוח בלבד לא מגיעים אל השוק, והשוק כאן הוא מאתגר במיוחד. יש מאות חברות בעולם שמפתחות שבבים – למשל אנבדיה, ARM, קוואלקום, ועוד רבות. החברות האלה שולחות את התוכניות שלהן למפעלי הייצור - foundries. יש מעט מאוד כאלה, הבולט בהם הוא TSMC בטאיוון שמייצר את רוב השבבים בעולם, גם סמסונג מייצרת שבבים וכמובן גם אינטל. אז למי צריכה חברה זעירה מישראל לקסום, כדי שהטכנולוגיה שלה תטלטל תעשיית עולמית אדירה כזו?
שפירא אומר ששוק היעד הן החברות שמפתחות את השבבים, לא מייצרות אותן. הטכנולוגיה של פונוניקס תשתלב בנקודה בה מסתיימת הדפסת הרכיבים על הסיליקון (tape out), והם מוכנסים למארזי השבבים המוכרים לנו ("ג'וקים" קראו לזה פעם). "ישראל היא גן עדן מהבחינה הזאת" אומר שפירא, "כל החברות הבינלאומיות נמצאות פה. אמרתי להן באחד הכנסים - תנו לי את הצ'יפ שלכם, אני אכניס לתוכו את שכבת היהלום, ואתם תמדדו בעצמכם את התוצאה".
שפירא: "ישראל היא גן עדן, כל החברות הבינלאומיות נמצאות פה. אמרתי להן באחד הכנסים - תנו לי את הצ'יפ שלכם, אני אכניס לתוכו את שכבת היהלום, ואתם תמדדו בעצמכם את התוצאה"
התוצאה בינתיים: עשרים חברות בינלאומיות ומקומיות ביקשו לבחון את הטכנולוגיה, מהן שבע שייכות ל-tier1, ענקיות עם הכנסות של יותר מ-10 מיליארד דולר בשנה. עכשיו מכרסמים צפורניים. "נגענו נגיעה משמעותית בכל הגורמים הממש ענקיים. יש שיחות ודיונים, אלה תהליכים ארוכים והתעשייה מאוד נזהרת, זו תעשייה שמרנית. יש שיקולים גיאופוליטיים. אני לא אוכל להגיד שזה קורה עד שזה יקרה", אומר שפירא.
בשלב הזה הפרוייקט הקיים בתחום הבטחוני מספק רמת הכנסות מסויימת אבל החברה נדרשת כעת לגיוס הון נוסף שיאפשר לה לצמוח קדימה. אומר שפירא: "אנחנו מתכוננים לתהליך ייצור תעשייתי, ובשביל זה אנחנו נגייס סכום, שיאפשר לעשות הרצה תעשייתית. זה כבר לא יקרה אצלי כי זה יקר מדי ולא מצדיק לקנות את כל הציוד, ולכן זה ייעשה במסגרת שותפות והסכם ייצור עם אחת החברות הגדולות. כשנהיה שם - החברה תהיה במקום אחר".
לא מזמן אינטל פרסמה את עשרת הסטארטאפים שנבחרו לתוכנית Intel Ignite היוקרתית השנה. אחד מהם הוא פונוניקס, ולמעשה הוא הסטארט אפ היחיד שמפתח טכנולוגיית שבבים.
הבחירה של אינטל בכם עשויה לסמן כיוון שמעניין את אינטל בטכנולוגיה שלכם?
"אני הלכתי לשם גם כדי להנגיש את אינטל יותר אלי. אינטל היא חברה מצוינת לדבר הזה כי היא גם מייצרת גם אורזת וגם חושבת על שירותי ייצור. אז עם אינטל יש הפריה הדדית וזה מאפשר שיח לא פורמלי עם האנשים שלהם, עם מתכנני מעגלים. אינטל גם ניזונים מזה כי אלה בעיות שכולם עוסקים בהן. אז זו הפריה הדדית מאוד טובה".