IBM сделала то, что казалось физически невозможным: чип с топологией меньше одного нанометра
IBM показала технологию чипов с технологическим узлом 0,7 нм, или 7 ангстрем. Для полупроводниковой отрасли это символическая граница: дальше счёт идёт уже почти в атомных масштабах. Компания подчёркивает, что речь пока не о массовом выпуске процессоров, а о новой архитектуре транзисторов, которая должна продлить развитие микросхем после поколения 2 нм.
Новая технология позволяет разместить почти 100 млрд транзисторов на кристалле размером с ноготь. По плотности такой чип почти вдвое превосходит разработку IBM с технологическим узлом 2 нм, представленную в 2021 году. В перспективе компания обещает до 50% прироста производительности или до 70% лучшую энергоэффективность по сравнению с узлом 2 нм. Такой выигрыш особенно важен для искусственного интеллекта (ИИ), облачных дата-центров и устройств, где вычислительная мощность быстро упирается в энергопотребление и нагрев.
Главная новинка называется Nanostack. В обычном описании миниатюризации часто кажется, будто инженеры просто делают транзисторы всё меньше. На таких масштабах прямое уменьшение уже плохо работает: начинают мешать утечки тока, сложность литографии, тепловые ограничения и физика материалов. IBM предлагает другой ход - складывать транзисторы в трёхмерную структуру, а не только теснее размещать их на плоскости.
Nanostack развивает идею нанослойных транзисторов, которые сама IBM ранее продвигала как следующий шаг после FinFET. В новой схеме транзисторы вертикально размещают друг над другом и немного смещают, чтобы плотнее использовать площадь кристалла. Такой подход называют трёхмерной последовательной интеграцией: вместо одного плоского ряда элементов получается более сложная многослойная конструкция. Этот метод представляет собой важный этап в развитии нанометровых технологий производства.
У этой архитектуры есть ещё одно преимущество. Разные слои можно делать из разных сочетаний материалов и настраивать их отдельно. Один слой оптимизируют под скорость, другой - под энергопотребление, третий - под нужный баланс характеристик. Для проектировщиков это открывает больше свободы, чем у схемы, где все транзисторы вынуждены жить в одинаковых условиях.
IBM уже проверила, что Nanostack можно не только нарисовать в дорожной карте, но и физически собрать. Компания сообщила об экспериментах с тонким диэлектрическим соединением в CMOS-интеграции, показала возможность работы с двумя разными каналами и продемонстрировала функционирование CMOS-инвертора. Инвертор - базовый логический элемент, который меняет входной сигнал на противоположный. Если такая схема переключается как ожидается, значит технология способна выполнять реальные вычислительные операции, а не остаётся только лабораторной заготовкой.
Отдельный результат касается SRAM - быстрой памяти, которая находится рядом с вычислительными блоками и помогает процессору не ждать данные из более медленных уровней памяти. На VLSI 2026 исследователи IBM показали, что Nanostack даёт 40% масштабирования SRAM. Для современных ИИ-нагрузок это особенно заметно: моделям нужно постоянно гонять большие объёмы данных между памятью и вычислителями, а узкие места часто возникают именно на этом обмене.
При этом 0,7 нм не стоит понимать буквально как размер каждой детали транзистора. В современной полупроводниковой индустрии технологический узел давно стал названием поколения, а не точным физическим размером затвора или проводника. Но переход к 7 ангстремам всё равно показывает направление: отрасль ищет способы повышать плотность и эффективность там, где привычное двумерное уменьшение почти исчерпало запас.
Работа ведётся в исследовательском центре IBM в Олбани, штат Нью-Йорк. Там же компания и партнёры готовят процессы для литографии High NA EUV - более точной версии экстремальной ультрафиолетовой литографии, которая нужна для следующих поколений логических микросхем. IBM сотрудничает с поставщиками оборудования и материалов, включая Lam Research, Tokyo Electron и SCREEN Semiconductor Solutions.
До серийных продуктов ещё далеко. IBM видит путь к внедрению Nanostack в горизонте примерно пяти лет, но переход от успешного образца к стабильному производству микросхем всегда требует отдельной работы: нужно обеспечить выход годных кристаллов, повторяемость процессов, контроль нагрева, совместимость с производственными линиями и приемлемую цену.
Главный смысл анонса не в том, что завтра появятся смартфоны или серверы на 0,7-нм чипах. IBM показала, как можно продолжать развитие логики после нанометровой эпохи: не только сжимать элементы, но и перестраивать саму геометрию транзисторов. Если Nanostack выдержит путь до фабрик, следующие поколения процессоров смогут получить больше вычислений на той же площади и заметно меньший расход энергии.