IBM представляет новую архитектуру чипов с разрешением менее одного нанометра
Новая технология, которую IBM называет Nanostack (наностеком), основана на транзисторной архитектуре, разработанной для 0,7-нанометрового техпроцесса. Компания заявила, что эта архитектура позволяет разместить почти 100 миллиардов транзисторов на чипе размером примерно с ноготь (на фото), что почти вдвое превышает плотность двухнанометровой технологии, представленной компанией в 2021 году.
По прогнозам IBM эта технология обеспечит до 50% более высокую производительность и на 70% большую энергоэффективность по сравнению с чипами, изготовленными по двухнанометровому техпроцессу. Компания также отметила 40-процентное улучшение масштабируемости статической оперативной памяти, что может иметь важное значение для систем искусственного интеллекта, которым необходима высокоскоростная и высокоэффективная память, расположенная рядом с вычислительными ресурсами.
«Это не просто незначительный шаг, это значимый скачок вперед… указывающий на будущее, где вычислительные мощности значительно вырастут без соответствующего увеличения энергопотребления», — сказал Джей Гамбетта, директор IBM Research и научный сотрудник IBM.
Технология Nanostack основана на, так называемой, «технологии нанолистов» — архитектуре транзисторов, в разработке которой IBM принимала активное участие и которая стала основой для передовых микросхем. Технология нанолистов стала ответом отрасли на ограничения полевых транзисторов с ребристой структурой — трехмерной архитектуры транзисторов, используемой в современных микросхемах, получившей свое название благодаря выпуклой, ребристой структуре.
Технология нанолистов улучшила контроль каналов транзисторов, снизила утечку мощности и позволила масштабировать технологию до трех- и двух-нанометрового поколения. Nanostack — это следующий шаг развития после технологии нанолистов, использующий вертикальное наслоение для продолжения масштабирования до размеров менее 1 нм. Вместо того чтобы полагаться исключительно на уменьшение размеров элементов по всей поверхности пластины, Nanostack добавляет третье измерение к масштабированию чипа.
«Подобные инновации позволили полупроводниковым технологиям выйти за пределы физических ограничений миниатюризации», - заявил Хуэймин Бу, вице-президент по исследованиям и разработкам в области кремниевых технологий в IBM. «Когда что-то подходит к концу, это не означает, что прогресс останавливается. Это означает, что нам нужна новая парадигма».
С момента изобретения транзистора в 1959 году полупроводниковая промышленность в основном масштабировала полевые транзисторы на основе металл-оксид-полупроводника в двух измерениях. Вертикальная архитектура Nanostack позволяет разработчикам использовать третье измерение для увеличения плотности размещения.
«Впервые в нашей отрасли мы сможем размещать транзисторы вертикально друг над другом и располагать их в шахматном порядке», — сказал Бу.
В опубликованной в прошлом году исследовательской работе IBM наностек описывается как последовательно расположенная комплементарная металл-оксид-полупроводниковая архитектура с гибким размещением верхних и нижних каналов из нанолистов, сверхтонкой диэлектрической связью и термостабильным нижним транзисторным затвором. IBM заявила, что продемонстрировала возможность производства КМОП-транзисторов на основе нанолистов, включая функциональные КМОП-инверторы, сопоставимые или превосходящие базовые характеристики транзисторов на основе нестекированных нанолистов.
Конструкция позволяет проектировать верхний и нижний транзисторы отдельно и использовать разные материалы для каждого слоя. В IBM заявили, что такая гибкость может обеспечить оптимизацию производительности и энергопотребления, которая труднодостижима в традиционных транзисторных структурах, где множество компонентов должны быть интегрированы в одной плоскости.
Данная архитектура может применяться в различных категориях микросхем, включая центральные процессоры, графические процессоры и мобильные процессоры.
«Это универсальная технология», — сказал Бу. «Мы ожидаем, что эта архитектура будет использоваться в самых разных приложениях».
Потенциальные возможности применения искусственного интеллекта, вероятно, привлекут к новой технологии особое внимание, поскольку энергопотребление стало ограничивающим фактором при расширении центров обработки данных. По мере развития моделей ИИ и роста спроса на обработку данных производители микросхем находятся под давлением необходимости повышения производительности без пропорционального увеличения затрат на электроэнергию, охлаждение и инфраструктуру.
Однако, компания IBM предупредила, что технология пока находится на пути от исследований к производству, а не к коммерческому продукту. Компания ожидает, что первое внедрение наностека на субнанометровом узле произойдет в течение следующих пяти лет. Работа проводится в научно-исследовательском центре IBM по полупроводникам в Олбани, штат Нью-Йорк, где компания и ее партнеры также готовятся использовать «Высокоапертурную Литографию в Экстремальном Ультрафиолетовом Диапазоне» (High Numerical Aperture Extreme Ultraviolet Lithography, NAEUV) — инструмент следующего поколения для производства микросхем, разработанный компанией ASML Holding NV. Специалисты в IBM заявили, что литография NAEUV будет важна для будущего масштабирования логических схем и может также улучшить технологию нанолистов до того, как Nanostack достигнет стадии производства.
