Компания IBM представила технологический «чертеж» процессора на основе субнанометрового техпроцесса. На чипе размером с ноготь человека удалось разместить почти 100 миллиардов транзисторов — почти вдвое больше, чем на аналогичном по площади кристалле по 2-нанометровой технологии, которую IBM анонсировала в 2021 году.
Это не просто очередной шаг в миниатюризации. Новая архитектура позволяет существенно повысить производительность и энергоэффективность будущих процессоров, которые будут использоваться в смартфонах, дата-центрах и системах искусственного интеллекта.
Почему «1 нм» уже не то, что раньше
Раньше цифра в названии техпроцесса (например, 7 нм, 5 нм, 3 нм) примерно соответствовала длине затвора транзистора — расстоянию, которое проходит электрон при переключении. Сегодня транзисторы стали трёхмерными, и эта метрика потеряла прежний смысл. Главным показателем теперь считается плотность транзисторов — сколько их можно уместить на единице площади кристалла.
Именно по этому параметру IBM сделала серьёзный рывок. На одном и том же по размеру чипе теперь помещается почти в два раза больше транзисторов, чем в предыдущем поколении.
Как работает новая архитектура «nanostack»
Вместо того чтобы просто размещать транзисторы горизонтально на поверхности кремния, IBM предложила трёхмерную последовательную конфигурацию — так называемый «nanostack». Транзисторы буквально «стопочкой» укладывают друг на друга, используя разные комбинации материалов.
Каждый такой транзистор состоит из трёх нанолистовых элементов (nanosheet). Каждый нанолист содержит всего 15 рядов атомов кремния. Благодаря этому электронам приходится преодолевать гораздо меньшие расстояния между транзисторами, которые включаются и выключаются при обработке данных.
Результат: прирост производительности до 50% и улучшение энергоэффективности до 70% по сравнению с 2-нанометровыми чипами IBM.
Когда ждать чипы в смартфонах и ноутбуках
Создать технологию в лаборатории — одно, а наладить массовое производство — совсем другое. Для перехода на новый техпроцесс нужно подобрать подходящие материалы, разработать новые литографические инструменты и добиться приемлемого выхода годных чипов.
Партнёр IBM по производству — японская компания Rapidus — планирует начать выпуск 2-нанометровых чипов примерно через год. А вот полноценное производство по субнанометровой технологии, по оценкам самой IBM, находится минимум в пяти годах. Так что ждать новые процессоры в обычных устройствах ещё довольно долго.
Более высокая плотность транзисторов и лучшая энергоэффективность напрямую повлияют на то, как быстро и экономично будут работать будущие устройства. Генеративный искусственный интеллект сможет обрабатывать запросы быстрее и с меньшим энергопотреблением. Смартфоны и ноутбуки получат заметный прирост производительности без сильного нагрева и быстрой разрядки батареи. Облачные дата-центры смогут обрабатывать больше задач при тех же затратах энергии.
IBM подчёркивает, что главная ценность новой технологии — именно в сочетании высокой плотности и энергоэффективности. Это позволит продолжать развитие вычислительных систем даже тогда, когда классическое горизонтальное уменьшение транзисторов уже почти исчерпало себя.
