Компания IBM анонсировала прорывную технологию производства микросхем NanoStack — первую в мире архитектуру с размером транзисторов менее 1 нанометра (7 ангстрем). На кристалле площадью с ноготь размещено почти 100 миллиардов транзисторов.
В ходе лабораторных испытаний прототип показал на 50% более высокую производительность и на 70% лучшую энергоэффективность по сравнению с существующими 2-нм чипами IBM, а также 40% увеличение масштабируемости встроенной памяти SRAM. Коммерческое производство ожидается не ранее чем через пять лет.
Вместо дальнейшего горизонтального сжатия транзисторов, которое упирается в физические пределы отдельных атомов, инженеры IBM предложили вертикальное решение. Технология NanoStack размещает транзисторные слои в трехмерной нанолистовой архитектуре, разделяя n- и p-транзисторы на отдельные слои. Это позволяет независимо оптимизировать материалы для каждого типа, почти вдвое увеличивая плотность размещения по сравнению с 2-нм техпроцессом, представленным IBM в 2021 году.
Профессор Алан Вудворд из Университета Суррея сравнил новый подход со строительством «стоэтажного небоскреба» вместо одноэтажных домов: ближайшие конкуренты Intel и Samsung, по его оценке, находятся на уровне «30–50 этажей».
Новый метод обходит фундаментальное ограничение закона Мура, который десятилетиями диктовал удвоение числа транзисторов каждые два года. Основная проблема — отвод тепла: плотно уложенные слои выделяют тепло, которое становится сложнее рассеивать. Также возрастают требования к выравниванию пластин — слои должны соединяться с предельной точностью, иначе сбои неизбежны. Исследователи признают, что при слишком тонких зазорах транзисторы могут некорректно выключаться, нивелируя преимущества в плотности.
Благодаря нашей новой архитектуре NanoStack мы не просто уменьшаем размеры транзисторов, мы заново изобретаем способ производства микросхем, чтобы обеспечить значительно большую мощность и энергоэффективность,— заявил Джей Гамбетта, директор IBM Research и научный сотрудник IBM.
Для решения производственных проблем IBM привлекла партнеров — ASML, Lam Research и Tokyo Electron, что свидетельствует о широкой отраслевой поддержке перехода к ангстремному масштабированию.
Напомним, что аналогичные громкие заявления сопровождали презентацию 2-нм чипа IBM в 2021 году, но превращение лабораторных успехов в массовое производство традиционно занимает больше времени, чем первоначальные анонсы. Однако, по мнению экспертов отрасли, NanoStack все же задает новую траекторию для полупроводниковой индустрии, где плоские топологии подходят к своему пределу, а вертикальные могут продлить жизнь закону Мура еще на десятилетие.
Читайте также нашу статью о том, как OpenAI представила первый фирменный чип, ускоряющий работу ИИ.