Black Baron

Закон Мура, предсказывающий удвоение количества транзисторов на кристалле примерно каждые два года, уже давно подвергается сомнению. Однако компания IBM продолжает находить способы продлить эпоху миниатюризации. Недавно она представила технологию Nanostack — трёхмерную архитектуру транзисторов с технологическим узлом 0,7 нм (7 ангстрем). Это достижение открывает новые перспективы для развития полупроводниковой отрасли.

Что удалось добиться IBM?

Новая технология позволяет разместить почти 100 миллиардов транзисторов на кристалле размером с ноготь. По плотности размещения элементов это почти в два раза больше, чем у предыдущей разработки IBM с узлом 2 нм, представленной в 2021 году.

Компания заявляет о значительном приросте характеристик: до 50 % повышения производительности или до 70 % улучшения энергоэффективности по сравнению с 2-нанометровым процессом. Такие показатели особенно важны для задач искусственного интеллекта, облачных дата-центров и энергочувствительных устройств, где нагрев и потребление энергии становятся критическими ограничениями.

Как работает Nanostack?

Классический подход к миниатюризации — простое уменьшение размеров элементов на плоскости — уже близок к физическим пределам. Утечки тока, сложности литографии и тепловые проблемы серьёзно осложняют дальнейший прогресс.

IBM предложила перейти к трёхмерной интеграции. В архитектуре Nanostack транзисторы размещаются не только рядом, но и друг над другом с небольшим смещением. Это позволяет эффективнее использовать площадь кристалла. Разные слои можно изготавливать из различных материалов и оптимизировать отдельно: один — под максимальную скорость, другой — под минимальное энергопотребление.

Такая гибкость даёт инженерам значительно больше возможностей при проектировании чипов. Компания уже продемонстрировала работоспособность ключевых элементов: CMOS-инверторов и памяти SRAM. В частности, Nanostack обеспечивает 40 % улучшения масштабирования SRAM — важного компонента, который ускоряет обмен данными между процессором и памятью.

Перспективы и сроки

Пока речь идёт об исследовательской стадии. Работы проводятся в центре IBM в Олбани (штат Нью-Йорк). До массового производства ещё далеко — по оценкам компании, на внедрение технологии может уйти около пяти лет. Необходимо обеспечить стабильный выход годных кристаллов, совместимость с производственными линиями и приемлемую стоимость.

IBM сотрудничает с ведущими поставщиками оборудования, включая Lam Research, Tokyo Electron и SCREEN Semiconductor Solutions, и активно развивает технологии High NA EUV-литографии.

Достижение IBM с технологией Nanostack показывает, что эпоха миниатюризации процессоров ещё не закончилась. Переход от плоской к трёхмерной архитектуре транзисторов позволяет обойти многие физические ограничения и продолжить рост производительности и энергоэффективности.

Если новая технология успешно дойдёт до фабрик, мы увидим чипы следующего поколения с существенно лучшими характеристиками. Это особенно важно для развития искусственного интеллекта, где спрос на вычислительную мощность растёт экспоненциально.

Пока Nanostack остаётся лабораторным прорывом, но он задаёт направление, в котором будет двигаться вся полупроводниковая индустрия в ближайшие годы.