יבמ אומרת שהיא יכולה להתאים כמעט 100 מיליארד טרנזיסטורים על שבב – למה אבן הדרך חשובה

עקוב אחר ZDNET: הוסף אותנו כמקור מועדף בגוגל.

נקודות המפתח של ZDNET

• ארכיטקטורת NanoStack של תת-1 ננומטר של IBM מכילה כמעט 100 מיליארד טרנזיסטורים על שבב.
• השבבים הללו זולים יותר להפעלה וחזקים יותר מהדורות הקודמים.
• טכנולוגיית NanoStack תהיה מצוינת לפריסת עומסי עבודה של AI.

TSMC, אינטל וסמסונג כולן דוחפות לייצר שבבים נמוכים של ננומטר בודד בשנתיים הקרובות, תוך תכנון לייצר שבבים תת-ננומטרים מתישהו עד סוף העשור. המרוץ הזה עשוי להסתיים, עם זאת, עוד לפני שהתחיל. יבמ חשפה את טכנולוגיית שבב תת-1 ננומטר הראשונה בעולם המבוססת על תלת מימד חדש. NanoStack ארכיטקטורת טרנזיסטור בצומת 0.7 ננומטר – או 7 אנגסטרם.

מכשיר המחקר, שהוצג לפני VLSI 2026נועד לארוז כמעט 100 מיליארד טרנזיסטורים על קובייה בגודל ציפורן, מה שמכפיל בערך את הצפיפות של שבב הבדיקה הקודם של יבמ 2 ננומטר, שהוצג לראשונה בשנת 2021. כיום, השבבים הקטנים והחזקים ביותר מגיעים לכ-80 מיליארד טרנזיסטורים.

כמו כן: מדוע אפשרויות ה-RAM שלך עולות פי 4 עכשיו מאשר בשנה שעברה – אפילו מחירי טכנולוגיה מדור קודם אינם חסינים

מה כל כך חשוב בצ'יפס קטנטן? הם בעלי ערך מכיוון שהם מאפשרים לך לארוז יותר טרנזיסטורים לאזור נתון תוך שימוש בפחות כוח, מה שמתורגם לביצועים גבוהים יותר, שימוש נמוך יותר באנרגיה ועלות נמוכה יותר ליחידת מחשוב. למקרה שחיית מתחת לסלע, בינה מלאכותית דורשת שבבים זולים בהספק נמוך. יש שוק ענק לצ'יפס האלה.

מננו-גיליון ל-'nanostack'

בלב ההכרזה עומד NanoStack. זהו תכנון טרנזיסטור תלת מימדי, מבוסס גיליונות ננו, המתאר את קנה המידה אנכית, או לאורך ציר ה-Z, על ידי ערימה והסטה של ​​התקני CMOS. שלא כמו ארכיטקטורות הננו-גיליון של ימינו, ש-IBM גם הייתה חלוצה ואשר מאומצות על ידי מפעלי יציקה מובילים ב-3 ננומטר ו-2 ננומטר, NanoStack מחברת שני טרנזיסטורים ננו-דפי למבנה אנכי אחד, כאשר כל שכבה מותאמת באופן עצמאי ונוצרת מגע מצדדים מנוגדים.

כל טרנזיסטור במבנה המודגם משתמש בשלושה יריעות ננו בעובי של מתחת ל-5 ננומטר, כ-"15 אטומי סיליקון" לרוחב, מופרדים על ידי מרווחים של בערך 9 ננומטר. שני התקנים כאלה מחוברים אנכית תוך שימוש בתהליך דיאלקטרי דק במיוחד ש-IBM מתארת ​​כחידוש מרכזי. מכיוון שההתקנים העליונים והתחתונים יכולים להשתמש בחומרי ערוצים שונים, דיאלקטריות ומתכות, IBM טוענת כי NanoStack היא פחות טריק בודד ויותר פלטפורמת טרנזיסטור שניתן להרחיב אותה לאורך דורות מרובים: 7 אנגסטרם (Å), 5 Å, 3 Å, ואולי עד 1 Å במפת הדרכים הפנימית שלה.

כמו כן: כמה זיכרון RAM צריך המחשב שלך ב-2026? העצה שלי לאחר שימוש ב-Windows וב-Mac במשך שנים

אנגסטרם, בסמוך, הוא עשר מיליארדית המטר. במונחים של שבבים, אנגסטרם הוא עשירית ננומטר.

"זוהי טכנולוגיית השבבים תת-1 ננומטר הראשונה בעולם עם ארכיטקטורת טרנזיסטור חדשה", אמר ג'יי גמבטה, מנהל מחקר IBM ועמית IBM, במהלך תדרוך עיתונאים. "אנחנו לא רק מייצרים טרנזיסטורים קטנים יותר, אנחנו ממציאים מחדש את האופן שבו שבבים בנויים לספק יותר כוח ויעילות אנרגטית באופן דרמטי".

רווחים צפויים: ביצועים, יעילות וצפיפות SRAM

יבמ ממצבת את טכנולוגיית ה-0.7 ננומטר כצעד משמעותי מעבר לצמתי הננו-גיליון של היום ולא רק עוד כיווץ מצטבר. בהתבסס על מידוד פנימי מול צומת ה-2 ננומטר שלה, החברה אמרה שהשבבים החדשים שלה יספקו עד 50% ביצועים גבוהים יותר באותה הספק, או עד 70% הספק נמוך יותר עבור אותם ביצועים.

Big Blue גם הדגיש שיפור של 40% בקנה המידה של זיכרון סטטי בגישה אקראית (SRAM) שטח התא ביחס לטכנולוגיית ה-2 ננומטר שלו. זהו שינוי ש-IBM תיארה כ"צעד שהתעשייה לא ראתה למעלה מעשור" וכזה שעשוי להיות חשוב במיוחד עבור מאיצי בינה מלאכותית שחיים או מתים על רוחב הפס של הזיכרון שבשבב.

במעבדה, IBM אמרה שהיא אימתה באופן ניסיוני את הארכיטקטורה עם חיבור דיאלקטרי דק במיוחד בתהליך CMOS, הדגימה הנדסה דו-ערוצית על פני ההתקנים המוערמים, והראתה ממירי CMOS פונקציונליים עם התנהגות מיתוג צפויה. "יחד, תוצאות אלו מאשרות שניתן לבנות פיזית את טכנולוגיית הננו-סטאק ותומכת בחישוב אמיתי", אמרה החברה בחומרי העיתונות שלה.

קנה מידה בדרגת Angstrom, High-NA EUV וחומרים

יבמ מפורשת כי יש לקרוא את "0.7 ננומטר" ו-"7 אנגסטרם" כשמות צומת דוריים, לא אורכי שער מילוליים או מגרשים, בהתאם למגמה הרחבה יותר בתעשייה של ניתוק תוויות צמתים מממדים פיזיים ספציפיים. מבחינה פנימית, החברה אמרה שהיא סימנה את הממדים הקריטיים של NanoStack – כמו גובה שערים וגובה שער מגע – מול צומת מוקרן בדרגת 1 ננומטר, ואז דחפה את קנה המידה על ידי מעבר אנכי.

כדי להגיע לשם, קו המחקר של אלבני נשען מאוד על עבודת ליטוגרפיה וחומרים מתקדמים. IBM ושותפות בניו יורק, כולל ASML, Lam Research, Tokyo Electron ו-SCREEN, כבר מתקינים כלי High Numerical Aperture EUV (High-NA EUV), שהחברה מכנה "חיוני לעתיד של קנה מידה לוגי", ומעריכות התנגדות מתכת-אוקסיד חדשה ליצירת דפוסים ללא אנגסטרם. בצד המכשיר, ההפרדה של NanoStack בין הטרנזיסטורים העליונים והתחתונים פותחת את הדלת להחדרת חומרי ערוצים ודיאלקטריים חדשים על בסיס שכבה ללא צורך להכשיר אותם על פני ערימת CMOS מישורית שלמה.

כמו כן: השוויתי זיכרון RAM וירטואלי עם זיכרון RAM אמיתי במחשב Windows שלי – הנה מה שהמספרים אמרו לי

לדברי Huiming Bu, סמנכ"ל המחקר והפיתוח של טכנולוגיית סיליקון של IBM, NanoStack היא פרדיגמה חדשה. זה מעביר את השבבים לקנה מידה מלא לתלת מימד ונותן לתעשייה לפחות "עוד עשור" של התקדמות לוגית כשהיא עוברת מננומטרים לאנגסטרום.

עם זאת, אל תתרגש יותר מדי עדיין. היסטורית, הצגת כל חומר חדש באמת לתוך CMOS בנפח גבוה נמשכה יותר מעשור. עם זאת, IBM טוענת שהארכיטקטורה המחולקת של NanoStack יכולה להפחית את החיכוך הזה. ובכל זאת, חוקרי מכשירים באוניברסיטה כבר פונים ל-IBM כדי לחקור חומרים חדשים בתוך הארכיטקטורה.

AI, מרכזי נתונים וציר זמן מסחור

למרות שהשבב של 0.7 ננומטר שהודגם היום הוא פרויקט מחקר, יבמ כבר קושרת את העבודה ישירות ל-AI ומפות דרכים בענן. גמבטה ו-Bu הגדירו שניהם את הרווחים בביצועים לוואט כמכריעים כדי לעמוד בדרישת בינה מלאכותית ללא חשבונות חשמל בורחים באותה מידה, במיוחד במרכזי נתונים שבהם חשמל וקירור מגדירים כעת אילוצים.

"כולם דורשים יותר ביצועים, אבל אף אחד לא רוצה לשלם את החשבון עבור החשמל", אמר בו. "החידוש החדש הזה יכול לשפר את הביצועים ב-50% בהשוואה לשבב הטוב ביותר הזמין כיום, ובמקביל יכול להפחית את ההספק ב-70% אם תבחר לנהל את הכוח שלך במחשוב הזה, שהוא רכיב קריטי מאוד עבור AI". הגבלת צפיפות ה-SRAM של 40% יכולה גם לעזור לאדריכלים לדחוף את המטמונים ואת הזיכרון המותקן קרוב יותר ליחידות המחשוב, ולצמצם את תנועת הנתונים התקורה באימון ועומסי עבודה.

IBM הדגישה כי NanoStack היא טכנולוגיה לוגית גנרית. זה לא מבנה חד פעמי או מיוחד. IBM מצפה ש-NanoStack יתבסס בסופו של דבר על מעבדים, GPUs, SoCs ניידים ומערכי SRAM. בעוד שהיא מתמקדת כיום בהבאת תהליך 2 ננומטר מבוסס-ננו-גליונות לייצור עם שותפת היציקה היפנית Rapidus, IBM אמרה כי NanoStack מיועדת להחליף את הננו-גיליון כארכיטקטורת הקצה המובילה של הזרם המרכזי החל מהצומת של תת-1 ננומטר.

עם אזהרה זו, החברה עדיין מדברת על מכירת השבבים שלה בעתיד. בהסתמך על ההיסטוריה שלה של העברת גליונות ננו-IP וחידושי מכשירים אחרים למפעלי יציקה מסחריים, IBM אמרה שהיא רואה דרך לשימוש בייצור של NanoStack בצומת מתחת ל-1 ננומטר "בעוד 5 השנים הבאות".