تسجيل الدخول

الاتصالات وتقنية المعلوماتCIT

نظرة عامة

تعد الاتصالات وتقنية المعلومات سبباً رئيساً لتعزيز الإنتاجية والتطور الاقتصادي لدى دول العالم. لذا تسعى المدينة لتعزيز المحتوى العلمي في تطبيقاتها من خلال توظيف البرمجيات وتقنيات الاتصالات لتعزيز هذا التوجه

مقدمة

تعد الاتصالات وتقنية المعلومات ذات أهمية بالغة، ودافعاً أساسياً لتعزيز الإنتاجية والنمو الاقتصادي لدى العديد من دول العالم كما تعد ممكنة للتقنيات الأخرى. لذا تقوم المدينة بتطوير برمجيات وأنظمة اتصالات متقدمة وإجراء العديد من البحوث في مجالات متنوعة في هذا الشأن. كما يتوفر لدى المدينة بنية تحتية في مجالات الحوسبة والاتصالات والإلكترونيات.

ففي مجال تقنية الإلكترونيات، تقوم المدينة بتصميم الرقائق الإلكترونية الرقمية والتناظرية، وكذلك تصميم الأنظمة الإلكتروميكانيكية، وتصميم الأنظمة الإلكترونية المستخدمة في مجال الطيران، وأنظمة التحكم، والاتصالات. كما تعمل في العديد من المشروعات المتعلقة بتقنية الضوئيات وخاصة في مجالات الليزر، وتصميم الألياف الضوئية، وأنظمة التصوير الحراري.

وفي نطاق تقنية الحوسبة تقوم المدينة على تنفيذ البحوث والمشروعات والدراسات في مجالات الشبكات وانترنت الأشياء وتطوير البرمجيات وتحليل البيانات بمختلف أنواعها من نصية وصوتية وصور، وتستخدم في ذلك قدرات حاسوبية فائقة الأداء، كما أنها توفر هذه الإمكانيات الحاسوبية للمستفيدين في القطاعات الأخرى.

وإدراكا لما للبيانات الضخمة من أهمية كبرى في رفع جودة القرارات وتحقيق التنمية على الصعيد المحلي والدولي، تقوم المدينة على تنفيذ البحوث والمشروعات في مجال تقنية البيانات الضخمة وذلك بهدف بناء وتطوير منصة إلكترونية متكاملة لمعالجة البيانات الضخمة. تشتمل تلك المنصة على أدوات وبرمجيات لتحليل البيانات وتوفير حلول تقنية مناسبة لعدة قطاعات تنمويه بالاضافة لبرمجيات تستخدم لعرض نتائج التحليل لصانعي القرار.

المشاريع

إن من أهم التحدّيات التقنيّة التي تواجه تطوّر القيادة الذاتيّة للمركبات هي تخطيط المسار وتجنّب الاصطدام بالمركبات الأخرى أو بالمشاة أو بالحواجز التي في الطريق أو في أطرافه حتى يعمل نظام القيادة الذاتيّة بطريقة فعّالة يجب أن تزوّد المركبات بعدد من الحسّاسات لجمع المعلومات حول حركة السير والمحيط حول السيارة مثل: حالة الطريق والتنبؤ بالعقبات على المسار وعلى جانبيه أيضًا، وسرعة الحركة واتجاهها، وكذلك حركة المشاة. يجب على هذه الحسّاسات كذلك أن تتمكّن من العمل في الظروف المناخيّة والأماكن الجغرافيّة كافّة. يهدف المشروع إلى تصميم رادار توجيه للمركبات وبنائه يعمل في نطاق تردّد 220 جيجا هيرتز، وذلك لما يتميّز به هذا التردّد من إمكانيّة تصميم رادارات عالية الدقّة وصغيرة الحجم. يجري العمل على تطوير التقنية في هذا المشروع عن طريق ثلاثة مسارات متوازية يتم العمل بها في الوقت نفسه:

  • المسار الأول: بناء رادار يستخدم تقنية الموجة المتصلة CW لاكتشاف الأهداف وتصنيفها.
  • المسار الثاني: دراسة طبيعة الموجات الكهرومغناطيسيّة وكيفيّة انعكاسها من الأجسام الموجودة في الطرقات.
  • المسار الثالث: تصميم دائرة إلكترونيّة بتقنية تصنيع متناهية الدقّة للتحكّم بشكل الشعاع الكهرومغناطيسي.

عماد 2 هو عبارة عن جهاز صغير بحجم وحدة تخزين USB متوافق مع أنظمة وزارة الاتصالات وتقنية المعلومات وحاصل على شهادة مطابقة معايير التشفير العالمية الآمنة. جهاز عماد قادر على القيام بجميع عمليات بنية المفاتيح العامة PKI مثل إصدار وتخزين شهادات المفاتيح الرقمية العامة والخاصة. عند استخدام عماد 2 مع بنية PKI يتمكن المستخدم من إثبات هويته والتحقق منها (مثل بطاقة الهوية)، وتوقيع الملفات والرسائل الإلكترونية وتشفيرها للحفاظ على سريتها وسلامتها من العبث والتغيير. بالإضافة إلى عمليات PKI السابقة، يأتي جهاز عماد 2 مع برمجيات خاصة به تم تطويرها من قبل المدينة تعمل على تشفير البيانات والملفات والرسائل الإلكترونية داخل جهاز عماد 2. يتم توصيل عماد 2 بسهولة إلى أي جهاز حاسب آلي بواسطة منفذ USB دون الحاجة إلى أجهزة إضافية كقارئ البطاقات الآلية أو الممغنطة. ومن أهم الميزات التنافسية للجهاز أنه معتمد من قبل المركز السعودي للتصديق الرقمي كمنتج مقدم من جهة حكومية.

يهدف هذا المشروع إلى تطوير نماذج أولية لأجهزة كمبيوتر محمولة مناسبة للسوق السعودي. عملية التنمية تكون من خلال دراسة عميقة للسوق المحلي والدولي وذلك للحصول والوصول إلى أفضل النتائج الملائمة والمثلى لاحتياجات السوق السعودي. شملت الدراسة أيضًا عامل التكلفة بشكل جيد لتصل بحد أدنى إلى 20٪ من الأجهزة العالمية المنافسة. الجزء الأكثر تعقيدًا هو النظام على شريحة (SoC) المدمجة حيث إنه يؤدي المهام الرئيسية لعمل الجهاز اللوحي ويعد الأعلى تكلفة من ضمن قطع الأجهزة اللوحية BOM. برمجيات المستخدم يمكن أن تؤدي دورًا مهمًا في أداء التابلت بغض النظر عن مواصفات الأجزاء الإلكترونية للجهاز. ولذلك فإن المشروع يغطي تصميم جميع أجزاء الكمبيوتر اللوحي المختلفة منها الصناعية والميكانيكية والبرمجيات وتصاميم الأجزاء الإلكترونية الدقيقة للجهاز اللوحي. ويمكن لهذه الطريقة في بناء هذه التكنولوجيا من الصفر أن تساعد وتصعد من سرعة عملية نقل التكنولوجيا والمعرفة التطبيقية.

في هذه المرحلة تم الانتهاء من أجزاء التصميم الميكانيكي النهائي ونموذج بالحجم الطبيعي مع التصميم الصناعي التي تشمل الشكل والمظهر الخارجي للجهاز اللوحي. وقد تم اختيار اللون الأزرق للشكل العام. تم اختيار ملمس معدني خارجي لإعطاء صلابة وقوة تحمل للجهاز. وقد تم تعريف شعارات KTAB في الجهة الأمامية مع شعار المدينة المطلي بالكروم في الجزء الخلفي بعناية. وقد تم تحديد البرمجيات والجوانب الهندسية في واجهة المستخدم لنظام التشغيل أندرويد، وجميع مستويات البرمجيات يجب أن يتم دراستها بدقة لنكون قادرين على إصلاح أي أخطاء خلال التصميم، وأثناء دمج الأجزاء الإلكترونية الدقيقة، وجميع الأنظمة. تم اختيار الرقيقة الإلكترونية الدقيقة(SoC) لاستهداف سوق الجودة العالية. ولذلك، كانت MSM8939 كوالكوم هي الأفضل لاستخدامها في KTAB من أجل أن نكون قادرين على إجراء أي تعديلات على تصميم الأجهزة في المستقبل أو إضافة أجهزة الاستشعار الدقيقة. وشملت الأنشطة التي تحققت تحديد المواصفات النهائية وملامح جهاز KTAB اللوحي. وتم الانتهاء من تجهيز البنية التحتية التي أنجزت جزئيًا من خلال إنشاء الخوادم والأدوات اللازمة لعملية التصميم. وقد أجريت جلسات نقاش متعددة مع فريق من الخبراء لوضع اللمسات الأخيرة في الاتجاهات الممكنة للتصاميم. وبالإضافة إلى ذلك، بعد الانتهاء من بعض العينات سيتم إعداد مختبرات في مدينة الملك عبد العزيز للعلوم والتقنية بالمعدات اللازمة لاختبار الأجهزة اللوحية، وذلك لنتمكن من التحقق الوظيفي والمصادقة للحصول على شهادة CE النهائية وما يعادلها. وتتم هذه الاختبارات على مرحلتين مرة واحدة وهي تصميم اختبار التحقق من صحة العينة (DVT) وهندسة التحقق من صحة اختبار العينة (EVT).

أصبحت تقنيات الشبكات المعرفيّة المتقدّمة من العناصر المألوفة والناضجة للبحوث في الشبكات اللاسلكيّة الحديثة، وعلى الرغم من وفرة الحلول المقترحة في المجتمع الأكاديمي التي تعتمد على أساس نظريات متطوّرة لتحسين الشبكات، فإنّ تطبيقات الشبكة اللاسلكيّة غالبًا ما تختلف عن استخدام هذه الحلول والتقنيات. حلول الشبكات اليوم لشبكات المركبات والألعاب المحليّة وغيرها هي أبعد بكثير من القدرة على تحمّل التكاليف والكفاءة المطلوبة.

الشبكات المعرّفة برمجيًّا هي الشبكات التي يمكن التحكّم بها وهيكلة خصائصها عن طريق إعادة برمجتها، ويمكن الفصل في هذه الشبكات بين أجهزة توجيه البيانات وأجهزة إدارة الشبكة لتحسين الأداء، وتعدّ الشبكات المعرّفة برمجيًّا بنية ناشئة واعدة لمعالجة بعض المشكلات المتوقّعة للشبكات السلكيّة واللاسلكيّة، إذ تقوم على الفصل بين التحكم والبيانات وتعريف السطوح البينيّة المفتوحة بين وحدة التحكم والأجهزة في مستوي البيانات وآليات برمجة الشبكة ديناميكيًّا عن طريق تطبيق خارجي.

الشبكات المعرّفة برمجيًّا هي النموذج الذي طُبّق- في الغالب- على الشبكات السلكيّة، لكن تطبيقه في العالم اللاسلكي يعدّ تحدّيًا كبيرًا وستساعد وحدة تحكم خارجية التي تستطيع إدارة الشبكة والتحكم بها على استغلال العلاقات بين البروتوكولات الملحوظة وأداء الشبكة وتحسين الاتصالات المحليّة، أو من طرف إلى طرف، ويمكن لوحدة تحكّم الشبكة المعرّفة برمجيًّا الخارجية جمع بيانات الشبكة من عقد الشبكة المتاحة، وتطبيق تقنيات التعلم الآلي المختلفة، بما في ذلك الشبكات العصبية وتقنيات التعلم العميق. سيكون المحرّك المعرفي قادرًا على الاستدلال على السلوك المستقبلي للشبكة واتخاذ قرارات بروتوكول أساسية لتحسين أداء الشبكة.

في هذا المشروع درس الفريق شبكة لاسلكية متنقلة وتنبّأ بحركة العقد بوصفها عوامل متغيرة للشبكة، درس الفريق أيضًا سلوك الشبكة عن طريق المحاكاة، ومن ثمّ صمّم تقنيات لمواجهة النقص في الأداء بسبب التنقل، في المرحلة الثانية أُنشئ سرير-الاختبار (Test Bed) شبكة معرّفة برمجيًّا تتألف من العقد المتنقلة بالكامل، ونُفّذت هذه التقنيات على سرير الاختبار.

سوف يعالج هذا المشروع مشكلة المطالب اللاسلكيّة المتزايدة في المناطق ذات الكثافة العالية في إطار شامل من النظريّة التأسيسيّة إلى الممارسات البسيطة القابلة للنشر، وستؤدّي النتائج التي تم الحصول عليها من هذا العمل إلى الوصول إلى شبكة أفضل وأكثر موثوقيّة في المناطق ذات الكثافة العالية، وفي فترات الطلب المرتفعة، مثل أوقات المناسبات الخاصّة أو حالات الطوارئ.

يتم تبادل الملفات والرسائل الإلكترونية بشكل كبير في الجهات الحكومية، حيث تكون أغلب تلك الوثائق الإلكترونية عرضة للتسريب أو العبث والاختراق.

ومن هنا يهدف الجهاز المصنّع محلياً -عماد 2 -والمتوافق مع أنظمة وزارة الاتصالات وتقنية المعلومات لإصدار الشهادات الرقمية السعودية إلى الحفاظ على سرية المعلومات عن طريق توفير تقنية التشفير والتوقيع الرقمي الذي يمكّن المستخدم من الحفاظ على سرية المعلومات والتثبت من هوية المتعاملين، إلى جانب الحفاظ على سلامة البيانات من العبث أو التغيير. أيضًا تم تصنيع عدد من القطع التي يتم استخدامها حاليًا في عدد من الجهات في مرحلة التجربة. وقد حصلت المدينة على شهادات عالمية لمطابقة الجهاز لمعايير التشفير الآمنة.

وتهدف المبادرة إلى استكمال التطوير على المشروع بالقيام بعدة مشروعات تهدف إلى إضافة خصائص مرغوبة وتطوير عدة إصدارات لتلائم استخدامات مختلفة ليكون المنتج الوطني ذا أفضلية تنافسية تجارية. لذا تهدف المدينة من خلال عمل تلك المشروعات التطويرية إلى تجاوز العوائق التي تحول دون استخدام هذه التقنية الآمنة لدى كثير من القطاعات الحكومية والخاصة وقطاع البنوك التي تشمل تقليل تكلفة تصنيع المنتج وتطوير إصدار متوافق مع أجهزة الهواتف الذكية.

يهدف هذا المشروع إلى تطوير دوائر من أشباه الموصلات بتقنية CMOS بغرض إنتاج رادار أحادي القطعة للمركبات، حيث ستُستخدم تقنية النانو بدقّة 65 نانومترًا، ودقّة 45 نانومترًا لتصنيع الدائرة المتكاملة للرادار. يسعى المشروع إلى تصميم ثلاثة أجزاء رئيسة للرادار:

  • مولّد للموجة: حيث تُصمَّم دائرة إلكترونيّة رقميّة لتوليد إشارات عند التردّدين 24 و 77 جيجا هيرتز. يجب أن تكون هذه الدائرة عالية الدقّة لكي تُستخدم في توليد إشارة رادار متّصلة تعرف بإشارة CW.
  • وحدة إرسال الموجة واستقبالها: حيث يتم تطوير دوائر كهربائيّة ليتم باستخدامها توليد الطاقة في الدائرة الإلكترونيّة عند التردّدين 24 و 77 جيجا هيرتز. يجب أن تكون هذه الدوائر ذات كفاءة عالية وذات حجم صغير.
  • وحدة معالجة الإشارات المستقبلة: حيث تُصمّم دائرة تحويل الإشارات التماثليّة إلى إشارات رقميّة.

تؤدي الاتصالات بالأقمار الصناعية دورًا حاسمًا في تطوير تطبيقات جديدة للاتصالات في المملكة وفي جميع أنحاء العالم, ومن أهم العناصر اللّازمة للاتصال بالأقمار الصناعيّة هي الهوائيّات.

تمتاز تقنية الهوائيّات المتعدّدة المصفوفات بالقدرة على خلق شعاع موجات الراديو وتوجيهها إلكترونيًّا في اتجاهات مختلفة دون تحريك الهوائيات. لا تزال تكنولوجيا الهوائيات متعدّدة المصفوفات في مهدها, وهنالك توجهات عديدة من جهات مختلفة للاستفادة من التطورات الأخيرة في تقنية الهوائيات المتعدّدة المصفوفات، وكيفيّة تأثيرها في الأداء واستهلاك الطاقة والتكلفة، وأيضًا حريّة وسهولة الاتصال بالأقمار الصناعيّة.

يهدف المشروع إلى نقل وتوطين تقنية الهوائيات ذاتية التوجيه الإلكتروني التي تعمل في نطاق (Ka-band) الترددي. من تطبيقات المشروع تمكين الاتصال بالأقمار الصناعية وتسهيله، حيث يتميز المنتج النهائي بسرعة توجيه عالية للإشعاع .

يتم في الجزء الأول من المشروع تصميم الدوائر المتكاملة المكوّنة من 8 قنوات ومحاكاتها، كونها المسؤولة عن توجيه الموجات الكهرومغناطيسيّة واستقبالها، وتشتمل تلك الدوائر على الرقائق الإلكترونيّة الخاصّة بتضخيم الموجة ووحدة الاستقبال والإرسال المكّونة من مُعدِّل اتجاه الموجة ومغيّر الطور بالإضافة إلى وحدة التحكم الإلكتروني, حيث تم الانتهاء من جميع أعمال التصاميم والمحاكاة، وستُصنّع الرقائق الإلكترونية لهذا الجزء من المشروع لاختبارها معمليًّا.

أما في الجزء الثاني فيتم تصميم الهوائيات المتعددة المصفوفات (وحدات استقبال الراديو) وبنائها بتقنية الدوائر الإلكترونيّة المطبوعة المكونة من 10 طبقات بعرض نطاق تردّدي عالٍ (3 GHz) مما يسمح بنقل كمية بيانات عالية, وهذا الجزء من المشروع يحتوي أيضًا على تصميم شبكة تقسيم ويلكينسون لتوزيع القدرة بالتساوي على وحدات استقبال الراديو, وقد تم الانتهاء من معظم التصاميم الخاصة بوحدات استقبال الراديو بما فيها شبكة تقسيم ويلكينسون، وذلك تمهيدًا لتصنيع الهوائيّات المتعدّدة المصفوفات، ومن ثم اختبارها معمليًّا, وبعد الانتهاء من فحص شقي المشروع واختبارهما ستدمج الدوائر الإلكترونيّة ووحدات استقبال الراديو مع بعضهما بعضًا مكوّنة النموذج الأولي في شكله النهائي تمهيدًا لفحصه بشكل متكامل، وقياس جميع متغيرات النظام كمعدّل الكسب ، زاوية المسح، معدل الكسب بالنسبة للحرارة الخارجية (G/T)، تشكيل الشعاع إلى غيرها من المتغيرات والخصائص.

تعدّ أنظمة الهوائيّات الواسعة النطاق التي تعرف أيضًا بالأنظمة متعدّدة المدخلات-متعدّدة المخرجات (MIMO) واحدة من التكنولوجيات الرئيسة لتحسين الكفاءة الطيفيّة لتلبية النمو الهائل في الطلب على الخدمات اللاسلكيّة في أنظمة الاتصالات من الجيل التالي، وإلى جانب الدفع نحو نطاقات تردّد أعلى (مثل الموجة المليمترية) وبنية الخلايا الصغيرة، فإنّ الأنظمة متعدّدة المدخلات - متعدّدة المخرجات الضخمة تعزّز قدرة الاتصالات اللاسلكيّة على تحسين نوعيّة الخدمة عن طريق كسب قنوات معزّزة، وكسب تنوّع متعدّد المستخدمين مع القضاء على تداخل المستعمل، وسينظر هذا المشروع في ثلاثة موضوعات فرعيّة مهمّة هي تقدير القناة للتقسيم الزمني المزدوج لأنظمة متعدّدة المدخلات-متعدّدة المخرجات الضخمة، وتوزيع تصميم أنظمة متعدّدة المدخلات -متعدّدة المخرجات الضخمة، وسلسلة ترددات الراديو المحدودة.

هناك حاجة إلى تحسين استخدام موارد الراديو المتاحة، وهذا يستدعي ليس فقط زيادة كفاءة الطيف، بل أيضًا تقسيمًا أفضل للطيف، ويركّز الفريق على خوارزميّات لتخصيص الموارد والتحكّم في التداخلات في الشبكات غير المتجانسة، مما يؤدّي إلى سيناريوهات شبكيّة أكثر تعقيدًا بهدف زيادة كفاءة الطيف التردّدي، فضلًا عن تقسيم أفضل للطيف والاستعمال الطيفي المكاني، ومن المتوقّع أن تكوّن شبكات الجيل التالي شبكة ذات خلايا مكثفة وكلّها تعمل في نطاق التردّدات نفسه، وكانت تحسينات الأداء القائمة على تكنولوجيات الطبقة المادية مثل: التشكيل، والهوائيات المتعدّدة عاملًا مهمًا في الماضي، وستظل تؤدّي دورًا مهمًّا في الجيل القادم، لكن على الأرجح في مستوى أقل، وتؤدّي إدارة موارد الراديو المحسّنة دورًا مهمًا.

يهدف الفريق إلى التحقيق في مخططات تقدير القنوات شبه المكفوفة وغير المألوفة لتقدير القنوات من أجل أنظمة الإرسال المزدوجة للتقسيم الزمني، ما يجعلها حلًّا فعّالًا لمشكلة التلوّث التجريبي(pilot contamination) الصعبة، وبالإضافة إلى ذلك فإنّ دراسة المقايضات لمختلف الانقسامات الفرعيّة وأنماط الموقع توفّر مبادئ توجيهيّة مفيدة لنشر النظام، وفي هذا المشروع سوف ينظر الفريق أيضًا لمعرفة إن كان من الممكن الحدّ من سلسلة التردّد الراديوي عن طريق استغلال خاصية القناة ذات البعد المنخفض في نظام الأبعاد المنخفضة في نظام متعدّد المدخلات - متعدّد المخرجات الضخم. من الأهداف كذلك وضع تقنيات لتقدير القنوات للوصلة الهابطة في نظام متعدّد المدخلات-متعدّد المخرجات الضخم، وهذا يشكّل تحدّيًا بسبب العدد الكبير من القنوات التي ينبغي تعلّمها لوجود عدد كبير من الهوائيات المتاحة في المحطة الرئيسة، لهذا الغرض جرى تطوير الاستشعار المضغوط وخوارزميّات التعلم.

على مدى العقد الماضي أصبحت الإلكترونيّات اللاسلكية واحدة من قطاعات أشباه الموصلات الأسرع نموًّا بسبب النمو الهائل لسوق الاتصالات اللاسلكيّة، ومن أجل زيادة تحسين أداء الترانزستورات (جهاز إلكتروني) بشكل عالي السرعة، ويمكن للمواد الجديدة وهياكل الأجهزة أن تمكّن التقنيات المبتكرة من الحصول على ترانزستور أسرع وأسرع وأكثر فعاليّة من حيث التكلفة. المواد 2D هي اللّبنة النهائيّة لتصميم الجهاز، ونظرًا لأنّ هذه المواد ثنائيّة الأبعاد تتسم بالصفائح الذرّيّة، فإنها تعرض مجموعة واسعة الخصائص، ومن خلال استكشاف إمكانات خصائصها الإلكترونية الفريدة، وسمكها الذرّي، يمكن تحقيق الإلكترونات اللاسلكيّة الرقيقة جدًا وخفيفة الوزن وعالية الكفاءة من حيث التكلفة.

أهداف المشروع: هدفنا الرئيس هو إنشاء جهاز إلكتروني عالي الأداء بأشكال مرنة شفّافة، وسوف نركّز على تحسين الاتصال بين المواد 2D والأقطاب المعدنيّة، ومن أجل تحقيق هذه الغاية سوف نركّز على فهم الفيزياء الأساسيّة التي تنظّم النقل بين المواد والمعادن، واستكشاف سبل لتعزيز ردّة الفعل أو تهجين المواد المعدنيّة للمقاومة، والتحويل إلى مرحلة شبه معدنيّة للقضاء على جميع الحواجز.

مناهج البحث العلمي:

  • هندسة حاجز الطاقة لتحسين الكثافة الحالية: من أجل تحقيق الكثافة الحالية المرتفعة هناك خطتان بديلتان يمكن اعتمادهما هما: السرعة الحرارية ودرجة حرارة النمو، والوقت مهمّ لمثل هذه الطبقة، ومن المتوقع أن تنمو بكفاءة عالية الجودة لتعزيز تيّار النفق، وسيُقارن أداء الجهاز.
  • هندسة الاتصال لمواد أشباه الموصلات 2D
  • لتحقيق النقل الرأسي بين المواد ثنائية الأبعاد والمواد السائبة، تُصنَّع الأكوام الرأسية من السيليكون بدرجة عالية( تعمل كركيزة مسطّحة، وكذلك قطب معدني)، والجرافين (لإزالة حاجز شتوكي). لمعرفة خصائص النقل في المكدس الرأسي يستخدم التحليل الطيفي الإلكتروني غير المرن عند درجة حرارة منخفضة، وستُنفَّذ مختلف العلاجات السطحيّة لمقاومة الاتصال بدقة، واعتماد تحليل خط النقل.
  • مرحلة التحول لمقاومة اتصال ذي قاعدة منخفضة:

التحوّل من مرحلة 2H إلى مرحلة 1T يؤدّي إلى تغيرات في وسائط الاهتزاز والطاقة، تُستخدم الأشعة السينيّة الضوئيّة للتحقق من هذا التحول، ونظرًا للتغير في الهيكل الإلكتروني من شبه الموصل إلى شبه المعدني، فإنّ فوتولومينيسانس أداة فعّالة للتحقيق في هذا التحوّل.

على مدى أكثر من ثلاثة عقود تطوّرت أجهزة الكمبيوتر بطريقة من أعلى إلى أسفل عن طريق نهج المطرقة والإزميل (من أحجام الحدّ الأدنى منها ليصل إلى ميكرومتر إلى 10 نانومتر على رقاقة في الوقت الحاضر) وفقًا لقانون مور - أيّ عدد من الترانزستورات التي يمكن أن توضع على رقاقة، مع خفض التكلفة إلى النصف، وزيادتها بشكل مضاعف، تتضاعف تقريبًا كل سنتين. إنّ النهج من أعلى إلى أسفل لتقليل عناصر الدائرة وصل الآن إلى نهايته، ويتعيّن استغلال نهج ثوريّ من أجل التصدّي للتحدّي الناجم عن “نهاية خارطة الطريق”. من المتوقع أنّ مستقبل الأجهزة النانويّة ( أقل من 100 نانومتر) يمكن أن تكمن- بشكل جيّد- في تطوير الإلكترونيّات القائمة على جزيئات. أصبح استخدام الجزيئات كعناصر وظيفيّة في الأجهزة الإلكترونيّة الجزيئيّة (إم آي دي إس) مجال بحث جذّابًا بشكل متزايد بسبب حقيقة أنّ تخفيض حجم مزيد من عناصر الدائرة يتحوّل إلى أن يكون صعبًا مع عناصر الدوائر التقليديّة. تصغير المكوّنات الإلكترونيّة سيسهم في تطوير الحواسيب الفائقة الأكثر قوّة، وكذلك النانوكومبوترات الذكيّة.

تحقيقًا لهذه الغاية، اكتُشفت المبدلات الجزيئيّة- أي الجزيئات المتشابكة ميكانيكيًّا ثنائيّة الحالة المستقرّة
(إم آي إم) - كعناصر نشطة في تقاطعات نفق التبديل الجزيئي (إم إس تي جي) لتطبيقات الذاكرة الجزيئيّة، وبشكل ملحوظ، دُمِجت هذه المبدلات الجزيئيّة ثنائيّة الحالة المستقرّة بنجاح في أجهزة الذاكرة 160 كي بي آي تي، مما يثبت الوعد الذي وضعه إم آي إم في إم إي دي. وعلى الرغم من التقدّم الكبير، لا تزال هناك تحدّيات تحتاج إلى معالجة في هذه الأجهزة فيما يتعلق بقابليّة إعادة إنتاجها ومتانتها نتيجة للخلل والنقص وعدم وجود قوّة مرتبطة بالطبقات الأحاديّة ذاتية التجميع وطلاء البوليمر، ويمكن حلّ هذه التحديات عن طريق استخدام فئة من المواد النانويّة، وهي الأطر المعدنيّة العضويّة(إم إو إف)، كشكل من أشكال السقالات البلورية القوية ميكانيكيًّا لتجميع إم آي إم القابلة للتحويل في مصفوفات كثيفة ومرتبة، ويمكن أن يسمح بدمج إم آي إم داخل الأطر المعدنيّة العضويّة(إم إو إف) بتناول المبدّلات الجزيئيّة الفرديّة بشكل متكرّر في بيئة شديدة المساميّة وقويّة، مما سيزيد بدوره من كفاءة إم إي دي. علاوة على ذلك، أكّدت التجارب الأوليّة أنّ مقاومة إم آي إم للتجوية المؤكسدة تتعزّز عند الإندماج مع الأطر المعدنية العضوية (إم إو إف)، كما كان متوقّعًا.

البصريّات الكهربائيّة وضوئيّات النانو المتقدّمة هي تقنيات ممكنة لتطبيقات مختلفة في مجالات: الاتصالات، الحوسبة، التصنيع، الرعاية الصحية، وأيضًا الطاقة، والتقدّم في هذا المجال يزيد من إمكانية توليد معارف جديدة، والنهوض بالنمو الاقتصادي، وخلق صناعات جديدة، وتوفير تكنولوجيات مختلفة للتطبيقات الجديدة.

بسبب إنترنت الأشياء، أصبح الطلب على النطاق التردّدي على مراكز البيانات هائلًا مما أدّى إلى نموّ مستمرّ في استهلاك الطاقة الكهربائيّة، حتى مع تحسين الكفاءة الإجماليّة للمعالجات الإلكترونيّة وفقًا لقانون مور (Moore’s law) فإنّه يحتاج إلى إجراء تحسينات تحويليّة إضافيّة لزيادة عرض النطاق وتقليل استهلاك الطاقة دون المساس بمعدّلات البيانات المتنامية في مراكز البيانات ونظم اتصالات المترو. إنّ الإجماع على تحقيق هذه المتطلبات المستقبليّة لأداء مراكز البيانات يحلّ محلّ الوصلات المعدنيّة بتقنيات الوصلة الضوئيّة بسبب عرض النطاق التردّدي العالي، والاستهلاك المنخفض للطاقة، والواقع أنّ هناك طلبًا متزايدًا في تأثير التكلفة في دوائر أشباه الموصلات المؤكسدة التكميليّة الفعّالة (CMOS) - الدوائر الضوئيّة المتكاملة- من أجل الإرسال وتحويل الدوائر البصريّة، مع التركيز على تطبيقات مراكز البيانات والمترو.

يركّز المشروع على أحد العناصر الرئيسة للدوائر الضوئيّة المتكاملة، وهو مغيّر بصري لتشكيل البيانات بسرعة عالية جدًّا. ستتم دراسة كيفيّة تصميم دوائر أشباه الموصلات المؤكسدة وتصنيعها وتوصيفها من أكاسيد المعادن التكميليّة على أساس الناقلات الحرة لتشتت البلازما، وبسبب تأثير الناقلات الحرّة من قبل السعة فإنّ ذلك سوف يؤدّي إلى انخفاض استهلاك الطاقة، وعلاوة على ذلك فإنّ تشكيل الـ MZ هو غير الرنين، وبذلك سيسمح بتشكيل المعلومات عن الموجات الحاملة البصريّة في شبكة ذات تردّد واسع.

المشكلة التي يتعيّن دراستها: تعدّ المحوّلات البصريّة عالية السرعة، خصوصًا المغيرات الشديدة، وهي محوّلات بصريّة حاسمة بالنسبة للتكامل المستمر للمكوّنات البصريّة في الدوائر الضوئيّة المتكاملة، نظرًا لمعاملتها البصريّة غير الخطّية الكبيرة. كانت مواد مثل GaAs، InP و LiNbO3 من بين أول المواد المرشحة للنظر فيها لتطوير أجهزة عالية السرعة، ومع ذلك فقد عُدّت ميزة كبيرة منذ مدّة طويلة إدراك التشكيل البصري مع عرض نطاق تردّدي عالٍ واستهلاك منخفض للطاقة في منصّة المواد المتوافقة- دوائر أشباه الموصلات المؤكسدة التكميلية، سوف تركز الجهود البحثيّة الجارية على تصميم مغيرات عالية السرعة وتصنيعها واختبارها، وسوف تصنع من مادة السيليكون باستخدام دوائر أشباه الموصلات المؤكسدة التكميليّة، وستؤدّي نتائج هذا المشروع إلى وجود محوّلات ضوئيّة أكثر كفاءة.

الهدف من هذا المشروع هو مواصلة برنامج التعاون المستمر بين مدينة الملك عبدالعزيز للعلوم والتقنية وشركة الإلكترونيات الدقيقة التي تتخذ من مونتريال بكندا مقرًّا لها، بالإضافة إلى توفير الخدمة الاستشارية والتدريب عن طريق تطوير المشروعات المشتركة بين الجانبين. إنّ التقنية المتناهية الصغر تُشكل العمود الفقري التقني لمبادرة التعاون بين الطرفين. سوف يكون التركيز على تطوير الحلول والمعرفة لمنتج عن طريق هذا التعاون الذي في نهاية المطاف سيطبّق لصالح القطاعات ذات الاختصاص وسيساعد في التطبيقات المستهدفة الرئيسة كالنفط والغاز والتكنولوجيا الفضائيّة. سيكون لهذه التكنولوجيا دور في تطوير فريق العمل وتأهيله الذي يُعدّ جزءًا لا يتجزأ من هذه المبادرة، وذلك عن طريق التدريب المستمر. في أثناء ذلك سوف يستمر تطوير الحلول المستندة إلى MEMS التي تعمل بالخصائص الآتية:

  • جهاز تسارع مطوّر، وكذلك الجيروسكوبات لوحدات قياس بالقصور الذاتي.
  • أجهزة استشعار الضغط المطوّرة بحساسيّة ومتانة عاليتين لاستشعار الضغط الجوي، والاستفادة من الخصائص الممتازة لمادة الكربيد.

نركّز في هذا المشروع على تطوير الأجهزة الكهرومغناطيسيّة التي يسيطر عليها الجهد والتيار مع كفاءة الطاقة المتفوقة و قابليّة الإلكترونيّات الخضراء لتطوير التطبيقات والذاكرة والعناصر المنطقيّة. تتمثّل التحديات التي تواجه تطوير أجهزة سنترونيك منخفضة الطاقة على أساس هندسة المدار في التحكّم التجريبي في المستوى الذرّي للسطوح البيئية والسمك والتراكيب للطبقات المغناطيسيّة وغير المغناطيسيّة، مما يؤثر بدوره في نقلها المداري ومعرفة آثار اختيار المواد وهندسة الطبقات. يهتم هذا المشروع بهندسة المدار في الواجهات البيئيّة، مما يؤدّي إلى عزم دوران كبير يعمل بالجهد والتيار الممغنط وهو ما ينطبق على الذاكرة والعديد من الأجهزة وأجهزة المايكرويف. نستخدم في هذا المشروع أحدث المرافق التجريبيّة والتقنيات النظريّة لمواجهة تحدياته، ونُطوَّر المواد باستخدام أدوات وتقنيات متخصّصة، ويصنع الجهاز في اوكلا وهي التي تشمل عمل شعاع الإلكترونيات وصولًا إلى أقل من ٢٠ نانومترًا في العرض الجانبي، في حين تُجرى قياسات الجهاز على محطات التحقيق لدينا، وهي متخصّصة في المجال المغناطيسي والقدرة على التحكّم في درجة الحرارة ، والسماح لاختيار تردّدات تصل إلى ٤٠ غيغاهيرتز.

تتكوّن منظومة إنترنت الأشياء من عدّة مكوّنات أساسيّة وهي بشكل مبسّط:

  • الحساسات والأجهزة (كأجهزة قراءة كمّيّة الماء المتدفّقة في أنبوب، أو قراءة نسبة الغازات الضارّة في مكان ما).
  • شبكة الاتصالات التي تستخدمها الحساسات لنقل البيانات إلى نقاط اتصال (كالأبراج في حالة اتصالات الجوالات).
  • بوابة الاتصال (gateway) مع الأبراج لنقل البيانات إلى مراكز البيانات.
  • منصّات لجمع البيانات وتخزينها، وكذلك تحليلها وعرضها بصريًّا، وتوفير التقارير.

المبادرة تتبنّى إنشاء شبكة إنترنت الأشياء بشكل يغطّي مدينة الرياض بتقنية الشبكات منخفضة الطاقة LPWAN التي تسمح بنقل بيانات قليلة بشكل متكرّر ومحدود مما يسمح باستيعاب عدد كبير من الحسّاسات مع توفير للطاقة يسمح باستمرار عمل الحسّاسات لسنوات دون الحاجة إلى إعادة شحن بطارياتها. تكلفة استخدام الشبكة منخفضة مقارنة بالبديل التقليدي (GSM Network) الذي يركّز على المكالمات وتصفح الإنترنت والوسائط مما يجعل تكلفة استخدامه غير مشجّعة لعدّة تطبيقات أهمها العدّادات الذكيّة (عدادات المياه والكهرباء) وغيرها من التطبيقات التي لا تتطلب نقل بيانات كبيرة بشكل لحظي ومستمر.

يهدف هذا المشروع إلى دراسة الأثر البيئي في المملكة، بإستخدام تقنيات الاستشعار الحراري وجودة الهواء بحيث تكون مربوطة بمنظومة واحدة لجمع المعلومات ومن ثم تحليلها بناءً على مؤشرات قياسيّة. سيقوم فريق عمل المدينة باستخدام منظومة إنترنت أشياء خاصّة به بالتنسيق مع فريق عمل جامعة كاليفورنيا - ساندييغو لتنفيذ القياسات البيئيّة المطلوبة.

تقوم خطة العمل المشتركة بين فريق المدينة وفريق جامعة كاليفورنيا - ساندييغو على جمع المعلومات البيئيّة الخاصة بمنطقة ساندييغو ومنطقة الرياض والمقارنة بينهما. والمعلومات البيئيّة التي ستكون محل مقارنة حسب الاتفاق هي: درجة الحرارة، نسبة الرطوبة، ودرجة التلوّث بحساب نسبة ثاني أكسيد الكربون في الهواء. وستركّز منظومة إنترنت الأشياء على جمع المعلومات حسب الحاجة بشكل تفاعلي مع المناطق التي تتطلب القياس كالمناطق ذات الكثافة السكّانية العالية، أو المناطق ذات الكثافة المروريّة، وغيرها. ومن المتوقع أن تكون هذه المعلومات ذات فائدة للتخطيط العمراني وقياس فاعلية سياسات الإصلاح البيئي، كما حدّد فريق عمل المدينة التطبيقات الخاصّة باعتماد قياس العادات الصحيّة للمجتمع عن طريق متابعة معدّل النشاط الحركي يوميًّا، وبناءً على ما يقاس من النشاط الحركي للأفراد يمكن استحداث مؤشّر لصحة المجتمع.

تعتزم المدينة صياغة أنظمة تدعم جودة صناعة البرمجيات الكبرى والمتوسطة، وتساهم في خفض التكلفة وتوطين التقنية باستخدام البرمجيات الحرة ومفتوحة المصدر. حيث يعتزم التنظيم سن أنظمة تدعم استخدام البرمجيات الحرة ومفتوحة المصدر مع وضع معايير لتنفيذ برمجيات عالية الجودة حسب المقاييس العالمية. ولتحقيق هذا الهدف رأت المدينة ضرورة تحديث أنظمة المملكة بما يمكن انتشار استخدام البرمجيات الحرة ومفتوحة المصدر. من أجل ذلك تقوم المدينة بصياغة تنظيم جديد يسمح للبرمجيات الحرة ومفتوحة المصدر بالمنافسة مع الأنظمة مغلقة المصدر بما يضمن للشركات التي تتبنى البرمجيات الحرة منافسة عادلة في المناقصات الحكومية. إن فتح المجال للبرمجيات الحرة ومفتوحة المصدر للمنافسة دون تمييز سيكون دافعًا لتبني أوسع من القطاع الخاص لهذه البرمجيات. كما سيتضمن التنظيم عناصر تراعي الجودة في البرمجيات الحرة ومفتوحة المصدر وغيرها من البرمجيات. إن تعزيز استخدام البرمجيات الحرة ومفتوحة المصدر له بالغ الأثر في توطين التقنية في المملكة، وفتح المجال للشباب بالاطلاع على شفرة المصدر بكل ما تحتويه من أحدث المنهجيات في تطوير الأنظمة.

تنفق أجهزة الدولة-كل على حدة-مبالغ كبيرة على أنظمة إدارة الموارد المؤسسية، مع وجود تشابه في تطبيقات كل جهة، باستخدام أنظمة مغلقة يصعب تخصصيها. لذا، تهدف المبادرة إلى إنشاء نظام موحد مفتوح المصدر ذي كلفة منخفضة قابل للتخصيص والتطوير المستمر مع توفير مستودع للأنظمة للجهات يتيح إعادة استخدامها من خلال رخصة خاصة.

وتمتلك المدينة قدرات كبيرة في هذا المجال وقد كُلفت من قبل المقام السامي برئاسة لجنة لدراسة هذا الموضوع مع عدد من الجهات منها وزارة الاتصالات وتقنية المعلومات، وخلصت بعدة توصيات ومنها هذا المشروع. بناءً على ما سبق، قامت المدينة بتبني مشروع يقدم حلولًا جذرية للمشكلات الفنية التي ترفع من كلفة أنظمة الموارد المؤسسية في المملكة. من الأسباب الجذرية لارتفاع كلفة أنظمة الموارد صعوبة تعديل هذه الأنظمة بما يتلاءم مع التغير في المتطلبات. لذلك تعتزم المدينة توطين تقنيات حديثة تخفض من كلفة التغيير من خلال أتمتة تطوير البرمجيات. حيث سيكون باستطاعة الشركات الصغيرة والمتوسطة تطوير أنظمة كبرى بكلفة أقل ومدة أقصر.

نعيش عصرًا تتراكم فيه البيانات لحظيًّا بسرعة فائقة مما يؤدّي إلى صعوبة تخزينها ومعالجتها بالطرق التقليديّة لتخزين البيانات ومعالجتها. تهدف هذه المبادرة إلى إنشاء منصّة تقنية متكاملة تُمكّن المستخدمين من استخلاص معلومات مفيدة من بيانات ضخمة مختلفة الشكل والمصدر بهدف التخطيط الاستراتيجي ودعم اتّخاذ القرار.

تحتوي هذه المنصة على أدوات شبه آليّة تسمح باستخلاص البيانات وتحويلها من شكلها الخام إلى شكل آخر أكثر ملاءمة يُسهّل الاستفادة منها، كما تحتوي على أدوات آليّة تستخدم تقنيات الحوسبة السحابيّة والمعالجة المتوازية لتجهِّز وتخزِّن كميّات ضخّمة من البيانات مختلفة الشكل والمصدر (مثل: البيانات المهيكلة، والبيانات غير المهيكلة، والبيانات الجغرافيّة المكانيّة، والبيانات الزمانيّة) بكفاءة عالية، كما تسخدم المنصّة تقنيات حوسبيّة متطورة (مثل: تقنيات تعلم الآلة، وتقنيات تحليل الشبكات، وتقنيات المحاكاة والنمذجة) لتحليل البيانات الضخمة على نطاق واسع، وعرض نتائج هذه التحاليل بشكل فعّال، إمّا على شكل تقارير مكتوبة، أو رسوم بيانيّة، أو خرائط تفاعليّة.

تشهد المملكة نموًّا سريعًا في عدد السّكان، وتعقيدات اقتصاديّة واجتماعيّة متسارعة، هذه التّطورات السّريعة الحاصلة في العالم، في التّكنولوجيا وتقنيّة الاتّصالات، أنشأت كميّات هائلة من البيانات غير المكتشفة حتى الآن، التي من المهمّ معالجتها وتحليلها، لاستنتاج معلومات قيّمة، لها فائدة كبيرة في تشكيل مستقبل المملكة.

يقوم هذا المشروع على تطوير منصّة تضمّ مجموعة أدوات لإدارة البيانات وتحليلها، تمكنّنا من تنفيذ عمليّات تحليليّة متقدّمة، مثل: عمليّات المحاكاة والنّمذجة؛ حيث تعالج هذه المنصّة كلًّا من مشكلات الاستخدام والأداء، التي غالبًا ما تواجه علماء تحليل البيانات، وعلى وجه التّحديد؛ فإنّ المنصّة لها هدفان: تنفيذ العمليّات الحسابيّة المعقّدة بكفاءة عاليّة، باستخدام تقنيّة المعالجة المتوازية، وتوفير المعايير والبنية التحتيّة، لتبسيط عمليّة الجمع بين النماذج الحسابيّة المختلفة، لمساعدة محللّي البيانات في القيام بعملياتهم الحسابيّة المعقّدة، وهذا ينطوي على إدارة مشكلات تنسيق البيانات، وفهم سياقها، وحلّ تبعات البيانات والأدوات، وفي النهاية؛ التأكّد من عمل الأجزاء بشكل متناسق كنظام واحد، تهدف هذه المنصّة إلى هدم الفجوة بين المراحل الثّلاث المكوّنة لسير عمليات تحليل البيانات، وهي: إدارة البيانات، وتحليلها، وعرض نتائج التّحليلات بشكل مرئيّ.