IBM pokazało technologię układu scalonego poniżej 1 nm. Nowa architektura nanostack ma otworzyć drogę do czipów, które będą jednocześnie szybsze i znacznie bardziej energooszczędne.
IBM pokazało czip 0,7 nm. To brzmi jak science fiction, ale jest haczyk
Branża półprzewodników od lat ściga się z fizyką. Każda kolejna generacja procesów technologicznych jest trudniejsza i droższa w produkcji. Każda coraz mocniej zbliża producentów do granic tego, co da się jeszcze upchnąć w krzemie. IBM właśnie ogłosił w tym kontekście bardzo ważny komunikat: firma opracowała technologię układu scalonego poniżej 1 nanometra.
Mowa konkretnie o konstrukcji określanej jako 0,7 nm, czyli 7 angstremów. IBM przekonuje, że to pierwszy tego typu krok w stronę projektowania układów logicznych w skali zbliżonej do pojedynczych atomów. Brzmi efektownie, ale warto od razu doprecyzować jedną rzecz: współczesne nazwy węzłów technologicznych nie oznaczają już prostego, fizycznego rozmiaru każdego elementu tranzystora. Są raczej nazwami kolejnych generacji technologii produkcji.
To jednak nie odbiera temu osiągnięciu znaczenia. Według IBM nowy układ może pomieścić niemal 100 miliardów tranzystorów na powierzchni odpowiadającej wielkości paznokcia. Dla porównania względem technologii 2 nm zaprezentowanej przez IBM w 2021 roku oznacza to niemal dwukrotnie większą gęstość upakowania.
Nanostack, czyli nie tylko zmniejszanie tranzystorów
Najważniejszą nowością nie jest samo zejście IBM z procesem technologicznym poniżej wartości 1 nm, ale architektura nanostack. IBM opisuje ją jako trójwymiarową konstrukcję rozwijającą technologię nanosheet. W dużym uproszczeniu chodzi o pionowe układanie i przesuwanie względem siebie warstw tranzystorów.
To ważne, bo klasycznie rozumiana miniaturyzacja przestaje wystarczać. Nanostack pozwala upchnąć więcej tranzystorów na jednym układzie, ale daje też większą swobodę w doborze materiałów dla poszczególnych warstw. Dzięki temu konkretne elementy czipu mogą być lepiej dopasowane albo pod wydajność, albo pod energooszczędność.
IBM podaje, że nowa technologia może zapewnić nawet o 50 procent wyższą wydajność lub do 70 procent większą efektywność energetyczną względem układów wykonanych w technologii 2 nm. To wartości, które szczególnie mocno działają na wyobraźnię w czasach generatywnej sztucznej inteligencji, centrów danych i rosnącego zapotrzebowania na moc obliczeniową.
AI, chmura i elektronika mogą dostać duży zastrzyk mocy
Najbardziej oczywiste zastosowania takich układów to infrastruktura chmurowa, systemy sztucznej inteligencji i zaawansowane serwery. To właśnie tam każdy dodatkowy procent wydajności i każdy wat oszczędzonej energii ma ogromne znaczenie.
W dłuższej perspektywie podobne technologie mogą trafić także do elektroniki użytkowej. Smartfony, laptopy, urządzenia ubieralne, samochody, sprzęt sieciowy i rozwiązania przemysłowe korzystają z postępów w półprzewodnikach, nawet jeśli zwykły użytkownik zwykle widzi tylko końcowy efekt: dłuższy czas pracy na baterii, mniejsze nagrzewanie, szybsze działanie i większą sprawność funkcji opartych na AI.
IBM chwali się też wynikami dotyczącymi pamięci SRAM. Według firmy architektura nanostack umożliwia 40-procentowe zmniejszenie powierzchni takich komórek pamięci. To istotne, bo przy nowoczesnych układach problemem nie jest już wyłącznie sama moc obliczeniowa, ale również szybkość dostarczania danych do procesora.
Do sklepów jeszcze daleko, ale kierunek jest jasny
Nie oznacza to oczywiście, że za chwilę kupimy laptopa albo smartfon z procesorem w litografii 0,7 nm. IBM mówi o technologii badawczej i przewiduje, że wdrożenie nanostack do produkcji może być możliwe w ciągu najbliższych 5 lat.
To wciąż ambitny, ale bardzo ważny sygnał dla całej branży. Przez lata powtarzano, że miniaturyzacja układów scalonych prędzej czy później uderzy w ścianę. IBM pokazuje, że ta ściana może nie znika, ale da się zacząć obchodzić ją od innej strony: przez trójwymiarową konstrukcję, nowe materiały i bardziej złożone sposoby układania tranzystorów.
Jeśli ta technologia faktycznie trafi do produkcji, czipy przyszłości nie będą po prostu mniejsze. Będą budowane zupełnie inaczej niż te, które znamy dzisiaj.
Źródło: IBM