IBM представила прототип чипа со 100 миллиардами транзисторов

Аморфный Постер

Время на прочтение: 3 минут(ы)

Компания IBM объявила о значительном технологическом прорыве, создав новый прототип чипа, на площади размером с ноготь которого размещено около 100 миллиардов транзисторов. Это достижение обеспечивает вдвое большую плотность транзисторов по сравнению с предыдущей передовой технологией компании 2021 года и может ознаменовать начало новой эры более быстрых и энергоэффективных компьютеров.

На протяжении десятилетий полупроводниковая промышленность опиралась на закон Мура*, постоянно уменьшая размер транзисторов, чтобы разместить их большее количество на одном кристалле. Однако по мере того, как они достигали размера всего в несколько десятков нанометров, они приблизились к физическим пределам, где начинает вмешиваться квантовая механика. Инженеры уже давно бьются над новой технологией, чтобы преодолеть этот барьер.

Революция «нанопакетов»

Решение IBM — это революционная архитектура, известная как «нанопакет» (nanostack). В этом дизайне транзисторы вертикально размещены в двух отдельных слоях на одном кремниевом чипе.

«Это не просто поэтапное улучшение», — заявил Джей Гамбетта, директор IBM Research, во время недавней пресс-конференции. «Это значимый скачок вперёд». Гамбетта прогнозирует, что в течение десятилетия чипы, использующие технологию нанопакетов, станут обычным явлением в центрах обработки данных, помогая ЦОД кардинально улучшить управление энергопотреблением.

Прирост производительности значителен. По данным IBM, чипы, построенные по этому новому подходу, могут выполнять до 50% больше работы за то же время и быть на 70% более энергоэффективными по сравнению с их предыдущими разработками.

Новый подход к производству

Процесс производства этих чипов так же инновационен, как и их дизайн. Инженеры строят чип слой за слоем — процесс можно сравнить с приготовлением торта Наполеон.

Сначала на кремниевой основе изготавливается слой транзисторов.
Затем поверх этих устройств помещается следующий слой кремния.
На этой новой поверхности создаётся второй слой транзисторов.
Наконец, создаются электрические соединения между двумя вертикально расположенными слоями транзисторов.

Этот тип вертикального стека, который объединяет два типа транзисторов (n-типа и p-типа), известен как комплементарный полевой транзистор (CFET). По словам Цин Цао, профессора материаловедения из Университета Иллинойса в Урбана-Шампейн, метод IBM уникален тем, что транзисторы во втором слое расположены в шахматном порядке, а не прямо поверх устройств первого слоя. Такая шахматная конструкция упрощает проводку и позволяет добиться более точного выравнивания, что критически важно для производительности в таком микроскопическом масштабе.

Новый прототип чипа и проблемы масштабирования

Несмотря на свою перспективность, новая технология сталкивается со значительными производственными трудностями. Вертикальное строительство увеличивает сложность и стоимость.

Надёжность: Как отмечает профессор Цао, производственные ошибки становятся более критичными. Если в процессе изготовления выйдет из строя либо верхний, либо нижний слой, весь чип окажется бесполезным, что приведёт к более высокому проценту брака и увеличению производственных затрат.
Стоимость: Центральной проблемой стало управление теплом. Процесс создания второго слоя должен происходить при достаточно низкой температуре — ниже 400 °C — чтобы не расплавить или не повредить соединения с нижележащим слоем. В IBM, как сообщается, решили эту проблему, но держат свои конкретные методы в секрете. Академические исследователи, такие как группа Цао, изучают альтернативные методы с использованием «беспереходных» транзисторов (junctionless), которые можно создавать при ещё более низких температурах (ниже 200 °C) за счёт исключения энергоёмкого процесса легирования (допинга).

Несмотря на эти трудности, Цао считает работу IBM важным шагом вперёд, поскольку она демонстрирует возможность стекирования транзисторов «на всей пластине с использованием передовой производственной линии». Следующий большой вопрос для отрасли, по его словам, — это определение «приложения-убийцы» (killer application), которое наилучшим образом использует эту трансформационную технологию.

Nota Bene
Закон Мура — это эмпирическое наблюдение, сделанное Гордоном Муром, одним из основателей компании Intel. Оно описывает тенденцию увеличения количества транзисторов на кристалле интегральной схемы с течением времени.

Другие позитивные новости про новые технологии
Новая технология записи данных на стекле

Использованы материалы:
https://www.technologyreview.com/2026/06/25/1139696/ibm-unveils-sub1nm-chip/

♯ новые технологии