IBM představila revoluční čip s vertikálním skládáním tranzistorů: Prodlužuje Moorův zákon o dekádu a slibuje rychlejší počítače

IBM představila prototyp čipu, který by mohl zásadně posunout hranice výpočetní techniky. Nová technologie, označovaná jako nanostack, umožňuje vertikální skládání tranzistorů ve dvou vrstvách na křemíkovém čipu.

IBM představila prototyp čipu, který by mohl zásadně posunout hranice výpočetní techniky. Nová technologie, označovaná jako nanostack, umožňuje vertikální skládání tranzistorů ve dvou vrstvách na křemíkovém čipu. Tento prototyp obsahuje přibližně 100 miliard tranzistorů na ploše o velikosti nehtu, což je dvojnásobná hustota oproti předchozí špičkové technologii společnosti z roku 2021. Inovace by mohla připravit cestu pro rychlejší a energeticky účinnější počítače na mnoho let dopředu.

Po více než půl století se výrobci čipů řídili Moorovým zákonem, který předpokládá zdvojnásobení počtu tranzistorů na čipu každé dva roky. Toho bylo dosahováno zmenšováním tranzistorů, ale v posledních patnácti letech se tranzistory přiblížily limitu, kde kvantová mechanika začíná narušovat jejich funkci, protože dosáhly velikosti pouhých několika desítek nanometrů. Další zmenšování již není možné. Proto se inženýři v celém odvětví zaměřují na přístup známý z urbanismu: stavět do výšky.

Nová architektura IBM, nazvaná nanostack, vertikálně skládá tranzistory ve dvou vrstvách. Jay Gambetta, ředitel IBM Research, označil tento krok za „významný skok vpřed“, nikoli jen inkrementální zlepšení. Očekává, že do deseti let budou čipy s nanostackingem široce využívány v datových centrech, kde jejich zvýšená účinnost pomůže lépe řídit spotřebu energie. Ve srovnání s předchozí architekturou IBM mohou čipy postavené s tímto novým přístupem vykonat až o 50 % více práce za stejnou dobu a být až o 70 % energeticky účinnější.

Inženýři vytvořili nový čip IBM vrstvu po vrstvě, podobně jako dort. Nejprve vyrobí tranzistory na jedné vrstvě křemíku, poté na ně umístí další křemíkovou vrstvu a přímo na ni vyrobí další vrstvu tranzistorů. Nakonec vytvoří elektrické propojení mezi oběma vrstvami. Tento typ vertikálního skládání, který kombinuje dva typy tranzistorů, je známý jako komplementární tranzistor s efektem pole (CFET). IBM se odlišuje tím, že druhá vrstva tranzistorů nesedí přímo nad tranzistory první vrstvy, ale je uspořádána střídavě, což zjednodušuje zapojení.

Přestože IBM není jediná společnost, která se touto cestou ubírá (podobné přístupy zkoumají i Intel, Samsung, TSMC a Imec), její design je považován za transformační. Qing Cao, profesor materiálových věd a inženýrství na University of Illinois, zdůrazňuje, že práce IBM ukazuje, jak skládat tranzistory na celé desce pomocí nejmodernější výrobní linky. Do budoucna se však výrobci čipů budou potýkat s praktickými výzvami, jako je vyšší míra selhání při výrobě vícevrstvých čipů a zejména „tepelný rozpočet“ – nutnost udržet výrobní procesy pod 400 °C, aby nedošlo k roztavení spojů. IBM tvrdí, že se jí podařilo vyvinout metodu pro výrobu druhé vrstvy při dostatečně nízké teplotě, i když detaily nezveřejnila.