Індустрія напівпровідників фактично досягла фізичної межі можливостей кремнієвих технологій. У ситуації, коли традиційне зменшення розмірів транзисторів більше не приносить очікуваного ефекту, на перший план виходить перехід у третій вимір. IBM представила амбітну стратегію розробки техпроцесу 0,7 нм, що обіцяє фундаментально переосмислити принципи побудови обчислювальних систем. Цей крок знаменує відхід від плоского масштабування на користь повноцінного вертикального синтезу компонентів.
Сучасна мікроелектроніка увійшла у фазу субнанометрового проєктування. IBM анонсувала розробку техпроцесу з нормою 0,7 нм (або 7 ангстрем), що фактично означає роботу на рівні окремих атомів. В основі цього прориву лежить еволюція концепції Gate-All-Around (GAA), де затвор повністю оточує провідний канал, забезпечуючи максимально ефективний контроль над струмом і мінімізуючи витоки.
Шлях до цієї точки був тривалим: технологія GAA зародилася ще 15 років тому в результаті співпраці IBM і Samsung. Сьогодні компанія, об'єднавшись із японською Rapidus, працює над впровадженням масового виробництва 2-нм чипів. Однак навіть перехід від класичних FinFET-транзисторів до GAA не розв'язав головну проблему — масиви елементів на кристалі й надалі залишаються по суті планарними, тобто розташовуються в одній площині.
Щоб подолати цей бар'єр, IBM переходить до реалізації концепції NanoStack. Замість того щоб намагатися ще сильніше стиснути транзистори на поверхні пластини, інженери пропонують розміщувати їх вертикально зі зміщенням. Цей підхід перегукується з технологією CFET (Complementary FET), яку розробляє дослідницький центр IMEC. По суті, це перехід до «справжнього 3D», де обчислювальні елементи нашаровуються один на одного, радикально збільшуючи щільність розміщення.
Такий підхід дозволяє використовувати надтонкі діелектрики для розв'язки шарів і дає можливість окремо проєктувати верхній та нижній канали. Результати вражають: на кристалі розміром із ніготь можна розмістити майже 100 мільярдів транзисторів. Це вдвічі перевищує щільність 2-нм технології GAA, представленої у 2021 році. Для розуміння масштабу: ширина каналів у новому техпроцесі становить лише 15 атомів кремнію.
Технологічний стрибок безпосередньо конвертується в продуктивність та енергоефективність. Згідно з розрахунками, перехід на 0,7 нм може забезпечити приріст потужності до 50% або, в альтернативному сценарії, підвищення енергоефективності до 70% порівняно з 2-нм процесом.
Особливе значення має покращення масштабування SRAM на 40%. В епоху домінування штучного інтелекту це стає критичним фактором. Проблема «стіни пам'яті» (memory wall) полягає в тому, що переміщення даних між процесором і зовнішньою пам'яттю споживає колосальну кількість енергії та створює теплові надлишки. Чим більше швидкої пам'яті можна інтегрувати безпосередньо в обчислювальний блок, тим ефективніше працюють ШІ-прискорювачі й тим простіше розв'язати проблему охолодження гігантських дата-центрів.
Практична реалізація цього техпроцесу запланована на 2031 рік. До цього часу кремнієва індустрія має остаточно перейти від двовимірного мислення до повноцінного вертикального синтезу, що дозволить продовжити розвиток закону Мура навіть за умов жорстких фізичних обмежень матерії.
Шлях до загального штучного інтелекту
