التصميم الفيزيائي هو المرحلة النهائية في عملية تصميم الدوائر المتكاملة (IC) حيث يتم تحويل التصميم المنطقي إلى تصميم مادي قابل للتصنيع. يتضمن هذا العملية تحديد مواقع العناصر (مثل الترانزستورات والمقاومات) وتخطيط التوصيلات بينها على رقاقة السيليكون. الهدف الرئيسي من التصميم الفيزيائي هو تحسين الأداء، وتقليل المساحة، وتقليل استهلاك الطاقة، وضمان قابلية التصنيع.
ظهر التصميم الفيزيائي كجزء أساسي من تصميم الدوائر المتكاملة في السبعينيات، مع زيادة تعقيد الدوائر المتكاملة. في البداية، كانت العمليات تعتمد على التصميم اليدوي، ولكن مع تطور التكنولوجيا، ظهرت أدوات التصميم الإلكترونية (EDA) التي ساعدت في أتمتة العديد من جوانب التصميم. في الثمانينيات، تم تطوير تقنيات مثل تقنيات تقسيم المستوى وطرق التوجيه، مما ساهم في تحسين كفاءة التصميم الفيزيائي.
تتضمن الأسس الهندسية للتصميم الفيزيائي فهم الخصائص الكهربائية والحرارية للمواد المستخدمة، بالإضافة إلى تقنيات معالجة السيليكون. تعتبر الجوانب مثل عرض السلسلة (pitch)، وكثافة الترانزستورات، والتأثيرات الحرارية من العوامل الحيوية في عملية التصميم.
تتجه الصناعة نحو تصميمات أكثر تعقيدًا وابتكارًا، مثل استخدام تقنيات 3D IC وSystem on Chip (SoC). كما تزداد أهمية الذكاء الاصطناعي والتعلم الآلي في تحسين عمليات التصميم والكشف عن الأخطاء. تمثل هذه الاتجاهات تحديات جديدة في إدارة الطاقة وتقليل الضوضاء.
التصميم الفيزيائي له تطبيقات متعددة في مجالات مختلفة، بما في ذلك:
تشمل الاتجاهات البحثية الحالية في التصميم الفيزيائي استخدام أدوات متقدمة مثل التعلم العميق لتحسين مراحل التصميم والتوجيه. تبحث الأبحاث أيضًا في كيفية تقليل استهلاك الطاقة وزيادة الأداء من خلال تصميمات جديدة. الاتجاه المستقبلي يتجه نحو تحقيق تصميمات أكثر استدامة وفعالية.
هذا المقال يقدم لمحة شاملة عن التصميم الفيزيائي، ويبرز أهميته وتطوره عبر الزمن، بالإضافة إلى الاتجاهات الحالية والمستقبلية في هذا المجال.