Gadiem ilgi pusvadītāju rūpniecība ir dzīvojusi ar draudošu jautājumu: kas notiek, ja mikroshēmas kļūst tik mazas, ka to turpmākai samazināšanai vairs nav jēgas vai vispār pārstāj darboties? IBM saka, ka tam ir atbilde.
Ceturtdien uzņēmums iepazīstināja ar pasaulē pirmo zem 1 nanometra mikroshēmu tehnoloģiju, kas veidota, izmantojot jaunu 0,7 nm jeb 7 angstremu tranzistora mezglu un jaunu mikroshēmu arhitektūru, ko IBM sauc par “nanostack”. Uzņēmums saka, ka eksperimentālā mikroshēma iesaiņo gandrīz 100 miljardus tranzistoru nagu lielumā, kas ir gandrīz divreiz lielāks nekā IBM 2021. gadā atklātās 2 nm mikroshēmas blīvums.
Tam ir nozīme galvenokārt viena iemesla dēļ: veco rokasgrāmatu, kas paredzēta ātrākai un efektīvākai mikroshēmu pagatavošanai, kļūst arvien grūtāk uzturēt. Tā kā tranzistori tuvojas atomu mēroga dimensijām, nozarei bija jāatrod jauni veidi, kā uzturēt veiktspējas pieaugumu, nepārkāpjot silīcija fiziskas robežas. IBM jaunākie pētījumi liecina, ka šajā ceļvedī vēl var būt brīvas vietas.
IBM saka, ka jaunā mikroshēma varētu nodrošināt līdz pat 50% lielāku veiktspēju vai 70% labāku energoefektivitāti nekā tās 2 nm mezglu mikroshēmas atkarībā no tā, kā dizaineri izvēlas optimizēt tehnoloģiju. Ja šie ieguvumi saglabāsies arī turpmākajos produktos, sekas pārsniedz etalonu lielīšanās tiesības. Efektīvākas mikroshēmas būtu svarīgas mākslīgā intelekta sistēmām, kas patērē milzīgu enerģijas daudzumu, mākoņa infrastruktūras operatoriem, kas cenšas izspiest vairāk skaitļošanas no katra plaukta, un patērētāju ierīcēm, kurās akumulatora darbības laiks un siltums joprojām veido lietotāja pieredzi.
“IBM jaunākais mikroshēmu sasniegums iezīmē ievērojamu brīdi skaitļošanā, pārvēršot tehnoloģiju ārpus nanometru laikmeta līdz atomu mērogam. Ar mūsu jauno nanostack arhitektūru mēs ne tikai izgatavojam mazākus tranzistorus, bet arī izgudrojam to, kā mikroshēmas tiek veidotas, lai nodrošinātu ievērojami lielāku jaudu un energoefektivitāti,” sacīja Džejs Gambetta, IBM pētniecības direktors un IBM līdzstrādnieks. “Šī nozarē pirmā inovācija turpina IBM mantojumu, kas ir vadošais nākamās paaudzes tehnoloģiju jomā, un veido pamatu nākamajam skaitļošanas laikmetam.”
Nanostack, nozares sasniegums mikroshēmu dizainā
Paziņojuma centrā ir nanostack — jauns tranzistora dizains, ko IBM raksturo kā nozarē pirmo zināmo trīsdimensiju nanoloksnes arhitektūru. Tā vietā, lai turpinātu izspiest vairāk progresa no pārsvarā divdimensiju izkārtojuma, IBM pētnieki salika tranzistorus vertikāli. Ideja ir vienkārša teorētiski un brutāli grūta praksē: izmantojiet trešo dimensiju, lai vienā un tajā pašā nospiedumā iekļautu lielāku tranzistora blīvumu, pēc tam noregulējiet dažādus slāņus ar dažādām materiālu kombinācijām, lai neatkarīgi uzlabotu veiktspējas un jaudas raksturlielumus.
IBM saka, ka tas jau ir apstiprinājis šīs arhitektūras galvenās daļas laboratorijā, tostarp īpaši plānas dielektriskās saites CMOS integrācijā, divu kanālu inženierijas iespējas un funkcionālu CMOS invertora darbību ar paredzamo pārslēgšanas veiktspēju. Vienkāršā angļu valodā uzņēmums apgalvo, ka nanostack nav tikai konferences slaida koncepcijas skice. Tā ir struktūra, ko var fiziski uzbūvēt un kas var atbalstīt reālus aprēķinus.
Uzņēmums šo arhitektūras maiņu savieno pārī ar atmiņas uzlabojumiem. Pētījumā, kas tika prezentēts VLSI 2026, IBM teica, ka nanostack nodrošināja 40% SRAM mērogošanu, kas ir ievērojams solis mikroshēmu dizaina daļā, kas bieži kļūst par vājo vietu, jo AI darba slodze prasa lielāku joslas platumu un ātrāku piekļuvi datiem. Atmiņa var neuztvert virsrakstus tā, kā to dara tranzistoru uzskaite, taču tai ir milzīga nozīme attiecībā uz to, cik labi attīstītās mikroshēmas faktiski darbojas reālajā pasaulē.
IBM plašākais vēstījums ir tāds, ka mikroshēmu mērogošana vēl nav beigusies. Uzņēmums saka, ka nanostack atver ceļu zem 1 nm mezgla un varētu atbalstīt vēl vismaz desmit gadus ilgu pusvadītāju mērogošanu. Tas ir drosmīgs apgalvojums laikā, kad katra jaunā procesa paaudze ir dārgāka, sarežģītāka un grūtāk komercializējama nekā iepriekšējā.
Ir vērts nodalīt to, ko IBM šodien paziņoja no tā, ko tā nepaziņoja. Šis nav masveida procesors, kas ir gatavs piegādei klēpjdatoros vai AI serveros nākamajā ceturksnī. Tas ir pētniecības pavērsiens, tāds kā IBM ir izveidojis reputāciju gadu gaitā. Lieli pusvadītāju sasniegumi bieži vien vispirms parādās kā koncepcijas pierādījumi ilgi pirms tie kļūst par ražošanas tehnoloģiju, ja tie vispār veic šo lēcienu. IBM rūpīgi veido nanostack kā ceļu uz nākotnes produktiem, nevis kā gatavu komerciālu mikroshēmu platformu.
Tomēr IBM ir uzticama vēsture šajā nozares stūrī. Uzņēmums gadu desmitiem ir veltījis progresīvai pusvadītāju pētniecībai un attīstībai un ir izmantojis savu Olbani (Ņujorkas štatā) pētniecības ekosistēmu, lai attīstītu procesu tehnoloģiju, bieži vien sadarbībā ar iekārtu un materiālu uzņēmumiem. IBM norāda uz šo sasniegumu savā jaunākajā paziņojumā, saistot mikroshēmu, kas mazāka par 1 nm, ar agrākiem pavērsieniem, tostarp tā 2 nm mezglu darbu un plašākiem centieniem silīcijā, AI aparatūrā un kvantu procesoros.
Šī ekosistēma ir liela daļa no stāsta. IBM paziņoja, ka tās Olbanijas pētniecības vietnē drīzumā atradīsies ASML litogrāfijas rīks High Numerical Aperture Extreme Ultraviolet, kas ir būtisks aprīkojums arvien mazāku mikroshēmu iezīmju drukāšanai. IBM saka, ka tā ir sadarbojusies ar partneriem, tostarp Lam Research, Tokyo Electron un SCREEN Semiconductor Solutions, pie procesiem un instrumentiem, kas nepieciešami nākotnes ierīcēm, kas mazākas par 1 nm, un ka sadarbība jau ir radījusi darba ierīces.
Uzņēmums cenšas ievietot šo paziņojumu lielākā skaitļošanas stāstījumā, kas aptver klasiskos pusvadītājus, AI paātrinātājus un kvantu aparatūru. IBM nesen atklāja plānus par Anderon, ko tā raksturo kā pasaulē pirmo tīri funkcionālo kvantu lietuvi, kas paredzēta, lai palīdzētu palielināt kvantu plāksnīšu ražošanu ASV. Paziņojums par zemu 1 nm tieši nemaina šos centienus, bet pastiprina to pašu vēstījumu, ko IBM jau gadiem ilgi ir izvirzījusi: tā vēlas, lai to uzskatītu ne tikai par vienu no ASV programmatūras pētniecības uzņēmuma pamatiem. tranzistora līmenis.
Patiesais pārbaudījums, protams, ir tas, vai nanostack var pāriet no laboratorijas rezultāta uz ražošanas procesu par tādu cenu, ar kādu nozare var dzīvot. Šeit daudzas daudzsološas mikroshēmu idejas nonāk grūtībās. IBM saka, ka saskata ceļu uz ražošanu jau pēc pieciem gadiem. Šis laika grafiks ir ambiciozs, taču tas nav neiespējams, ja procesa izaicinājumi, instrumenti un partneru ekosistēma sakrīt.
Pagaidām paziņojuma nozīme ir mazāka par mikroshēmu, ko varat iegādāties, un vairāk par signālu, ko tas sūta. IBM liek derības, ka nākamā skaitļošanas nodaļa nenāks tikai no programmatūras. Tas radīsies, meklējot jaunus veidus, kā turpināt sarukt, kraut un pārveidot aparatūru zem AI, mākoņa infrastruktūras un visu, kas nāk pēc tiem.
