IBM представляет чип с транзисторами менее 1 нанометра и 100 миллиардами транзисторов, расширяя закон Мура

IBM в четверг представила первую в мире технологию чипов с размерами менее 1 нанометра — исследовательский прототип на 0,7-нм узле, который вмещает почти 100 миллиардов транзисторов на чип размером с ноготь.

• Ключевые выводы:
• • Наностек-чип IBM на 0,7-нм узле вмещает почти 100 миллиардов транзисторов, что почти в 2 раза превышает плотность чипа IBM 2021 года.
• • 3D-архитектура обеспечивает до 70% большей энергоэффективности, ориентируясь на рабочие нагрузки ускорителей искусственного интеллекта (ИИ) с улучшением масштабирования SRAM на 40%.
• • IBM Research видит путь к производству через пять лет и прогнозирует, что конструкция наностека поддерживает как минимум десятилетие непрерывного масштабирования полупроводников.

Новая архитектура, а не просто уменьшенный чип

Объявление сосредоточено на том, что IBM называет «наностеком» — совершенно новой трёхмерной архитектурой транзисторов, разработанной в её исследовательском центре полупроводников в Олбани, Нью-Йорк. Конструкция укладывает и располагает транзисторы ступенчато вертикально в два связанных слоя, используя ультратонкий диэлектрический материал для их разделения.

Этот подход принципиально отличается от технологии нанолистов, которую IBM внедрила первой и которую приняла вся отрасль. Нанолисты сжимали характеристики в двух измерениях. Наностек добавляет плотность в третьем.

«Мы не просто делаем транзисторы меньше — мы переосмысливаем, как строятся чипы, чтобы обеспечить значительно большую производительность и энергоэффективность», — сказал Джей Гамбетта, директор IBM Research и научный сотрудник IBM.

О чём говорят цифры

Опубликованные технические результаты IBM, представленные на VLSI 2026, сообщают о следующем по сравнению с чипом IBM на 2 нм от 2021 года:

• Почти в 2 раза большая плотность транзисторов
• До 50% большая производительность
• До 70% большая энергоэффективность
• Улучшение масштабирования SRAM на 40%

Улучшение SRAM особенно важно для рабочих нагрузок ИИ. Пропускная способность встроенной памяти является ограничивающим фактором для ускорителей ИИ, и лучшее масштабирование SRAM позволяет разработчикам чипов размещать больше памяти ближе к процессору без увеличения площади или энергопотребления.

Почему маркировка 0,7 нм требует контекста

Номера современных технологических узлов больше не соответствуют буквальным физическим размерам. Слои каналов транзисторов в конструкции наностека IBM имеют толщину примерно 5 нанометров, или около 15 атомов кремния. Обозначение 0,7 нм отражает поколение плотности и производительности, а не прямое измерение каждого элемента на чипе.

IBM признала это напрямую. Позиция компании заключается в том, что метод наностека обеспечивает эффективный прирост, ожидаемый от масштабирования ниже 1 нм, за счёт перехода к вертикальному построению, а не за счёт уменьшения каждого измерения до атомных пределов.

Путь вперёд для закона Мура

Полупроводниковая промышленность сталкивается с растущим давлением, поскольку традиционное двумерное уменьшение упирается в физические ограничения, включая квантовое туннелирование, рассеивание тепла и стоимость производства. Темпы улучшений за счёт чисто литографических усовершенствований замедлились.

Подход IBM решает эту проблему, добавляя плотность с помощью последовательной 3D-интеграции. Компания прогнозирует, что архитектура наностека может поддерживать как минимум десятилетие непрерывного масштабирования с этого момента.

Дэн Хатчесон из Techinsights заявил, что эта разработка добавляет «ещё 10–15 лет к дорожной карте».

Основные конкуренты, такие как Intel, Samsung и TSMC, также разрабатывают связанные трёхмерные стратегии транзисторов, включая конструкции complementary FET (комплементарные полевые транзисторы). Анонс IBM представляет собой работающую демонстрацию подтверждённого пути на пороге узла ниже 1 нм.

Исследовательская экосистема Олбани

IBM проводит эту работу совместно с партнёрами, включая Lam Research, Tokyo Electron и SCREEN Semiconductor Solutions. На объекте в Олбани также будет установлена литографическая система High Numerical Aperture Extreme Ultraviolet (EUV) от ASML, необходимая для следующего этапа масштабирования логики.

IBM отдельно объявила о планах создать Anderon — независимую квантовую литейную фабрику, предназначенную для производства квантовых пластин в коммерческом масштабе.

Сроки выхода в производство

Наностек-чип остаётся исследовательским прототипом, хотя IBM подтвердила, что продемонстрировала функциональную работу CMOS-инвертора с ожидаемыми характеристиками переключения. IBM видит путь к внедрению в производство уже через пять лет, то есть примерно к 2031 году.

Объявление не означает скорого выпуска продукта. Оно сигнализирует о том, что следующее поколение аппаратного обеспечения отрасли имеет жизнеспособную структурную основу.