Nowy rekord dla małych, potężnych układów scalonych. Prototypowy chip IBM ma wielkość paznokcia, a zawiera prawie 100 miliardów tranzystorów – niemal dwa razy tyle, ile poprzednio najlepszy chip – dzięki technice trójwymiarowej.
Firma twierdzi, że chip o wymiarach 10 na 15 milimetrów zapewni o 70 procent wyższą efektywność energetyczną i o 50 procent wyższą wydajność niż obecnie wiodące chipy, i pojawi się w urządzeniach komercyjnych w ciągu 10 lat.
Od dziesięcioleci nazwy procesów produkcji chipów odnosiły się do rozmiaru pojedynczych tranzystorów w nanometrach: 10 nanometrów, 5 nanometrów itp. Im mniejsze były rzeczy, tym lepiej – mniejsze komponenty oznaczają zazwyczaj większą gęstość i co za tym idzie, szybsze obliczenia dla chipa o określonym rozmiarze, a także mniejsze zużycie energii.
Jednak w ostatnich latach sytuacja stała się bardziej złożona – mówi Huiming Bu z IBM. Nazwy rozmiarów teraz odłączyły się od rzeczywistości fizycznej i stały się jedynie marketingowymi określeniami.
Dlatego podczas gdy IBM określa tę najnowszą technologię jako „0,7 nanometra”, nie twierdzi faktycznie, że jego komponenty są tak małe, chociaż zawierają tranzystory o rekordowej gęstości. Prawdziwą innowacją – co Bu opisuje jako 15 lat rozwoju – jest proces łączenia dwóch warstw układów krzemowych, który produkuje wszystkie niezbędne połączenia elektryczne między nimi, nie przegrzewa się i może być masowo produkowany.
IBM nie podało dokładnych szczegółów dotyczących wymiarów komponentów w nowej technologii, ale informacje, które udostępnili, sugerują, że technologia ta jest w zasadzie dwiema warstwami pierwszego działającego chipa 2-nanometrowego, którego IBM zapowiedział w 2021 roku. Orginalna technologia jest obecnie produkowana przez wiele wiodących odlewni chipów na świecie i spodziewane jest, że trafi na rynek następnego iPhone’a firmy Apple.
Ze względu na ogromną złożoność i koszty związane z projektowaniem i produkcją nowych chipów, przemysł współpracuje w tworzeniu mapy drogowej nowych technologii, które muszą zostać opracowane i wprowadzone na rynek, zgodnie z harmonogramem opracowanym przez Interuniversity Microelectronics Centre, które wykonuje wiele badań i rozwoju. Chociaż technologia 0,7-nanometra IBM nie została jeszcze sprawdzona komercyjnie, jest to oczekiwany krok w globalnym procesie produkcji chipów, który prawdopodobnie zostanie podjęty również przez inne firmy.
Bu spodziewa się, że w kolejnej dekadzie nowe chipy o rozmiarze 0,7 nanometra znajdą się w urządzeniach komercyjnych, ale technologia coraz bardziej musi walczyć z fizycznymi prawami przeciw skutkom niepożądanym, wyciekom prądu i innym problemom, które pojawiają się na tak mikroskopijnych skalach. Części najnowszych chipów mają zaledwie 15 atomów krzemu grubości.
Owen Guy z Uniwersytetu w Swansea w Wielkiej Brytanii mówi, że inni producenci chipów twierdzą o podobnie dużej gęstości tranzystorów, podczas gdy faktycznie używają wielu warstw krzemu oddzielonych grubymi warstwami podłoża, co nie pozwala na prawdziwy projekt 3D, jak twierdzi IBM, ponieważ połączenia nie mogą być łatwo nawiązane z jednej warstwy do drugiej i mogą sprawiać problemy z chłodzeniem. „Teraz krąży wiele oświetlników i luster wokół tego.”,
Mówi, że komponenty chipu stały się teraz tak małe, że zmniejszenie rozmiaru tranzystorów – nawet jeśli chip wymaga miliardów z nich – nie sprawi, że urządzenie, takie jak laptop czy smartfon, stanie się mniejsze w praktyce. Dążenie do coraz mniejszych komponentów ma na celu uzyskanie lepszej efektywności energetycznej i korzyści z chłodzenia, aby zapewnić urządzeniom mobilnym lepszą żywotność baterii lub zmniejszyć zużycie energii w centrach przetwarzania danych.
Jednym z głównych wyzwań będzie teraz, jak zintegrować nową technologię chipu IBM do globalnego łańcucha produkcji i wprowadzić ją do urządzeń. Czipy są wytwarzane partiami setek na pojedynczej 300-milimetrowej płycie krzemowej, która zawiera biliony poszczególnych tranzystorów, a następnie są dzielone na części. Złożona maszyna wykonuje tysiące pojedynczych operacji na płycie, nakładając warstwy obwodu, izolacji i różnych substancji chemicznych o grubości zaledwie kilku nanometrów. Dodanie nowej, niesprawdzonej funkcji, takiej jak druga warstwa IBM, nie będzie proste.
Niektórzy producenci chipów dążą do opracowania jeszcze mniejszej technologii „0,2 nanometra”, w której części obwodu mogłyby mieć szerokość jednego atomu. „Ostateczny limit to jeden elektron i jeden atom.” – mówi Guy. „Prawdopodobnie w okolicach 2050 roku będziemy musieli korzystać z technologii kwantowych, aby dokonać następnego wielkiego skoku.
