Cip Nanostack Baharu IBM Mampu Memanjangkan Hukum Moore Selama Sedekad

IBM telah mendedahkan prototaip cip perintis yang menampilkan 100 bilion transistor pada kawasan tidak lebih besar daripada sebatang kuku, menandakan peralihan besar dalam reka bentuk semikonduktor. Dengan beralih daripada mengecilkan transistor kepada menyusunnya secara menegak, IBM sedang menangani had fizikal silikon untuk membuka kuasa pengkomputeran yang belum pernah terjadi sebelum ini.

Memecahkan Had Fizikal Silikon

Selama berdekad-dekad, industri semikonduktor telah bergantung kepada Hukum Moore—prinsip menggandakan kepadatan transistor dengan mengecilkan komponen individu. Walau bagaimanapun, apabila transistor menghampiri skala beberapa puluh nanometer, mekanik kuantum mula mengganggu fungsinya, menjadikan pengecilan lanjut hampir mustahil.

Penyelesaian IBM adalah peralihan strategik daripada pengembangan mendatar kepada kepadatan menegak. Menggunakan seni bina "nanostack", syarikat tersebut telah berjaya melaksanakan Complementary Field-Effect Transistors (CFETs). Pendekatan ini membolehkan jurutera menyusun dua lapisan transistor secara menegak pada satu cip silikon tunggal, secara berkesan menggandakan kepadatan berbanding teknologi tercanggih IBM pada tahun 2021.

Kejuruteraan di Sebalik Nanostack

Proses fabrikasi berfungsi seakan-akan kek berlapis. Jurutera terlebih dahulu membina satu lapisan transistor pada silikon, meletakkan lapisan silikon baharu di atasnya, dan kemudian menghasilkan lapisan kedua transistor secara terus di atas lapisan pertama. Inovasi khusus IBM terletak pada reka bentuk "staggered"; tidak seperti pendekatan CFET yang lain, lapisan kedua tidak terletak tepat di atas lapisan pertama, yang secara signifikan memudahkan pendawaian kompleks yang diperlukan untuk menyambungkan komponen tersebut.

Secara teknikal, ini dibina berasaskan teknologi "nanosheet". Dalam seni bina IBM, saluran transistor terdiri daripada tiga nanosheet, masing-masing hanya setebal 15 atom, dengan jarak sembilan nanometer antara satu sama lain. Walaupun IBM merujuk ini sebagai nod "0.7 nanometer", ini merupakan istilah pemasaran generasi dan bukannya ukuran fizikal saiz transistor itu sendiri.

Peningkatan Prestasi dan Impak Industri

Implikasinya terhadap pengkomputeran berprestasi tinggi adalah transformatif. IBM melaporkan bahawa seni bina baharu ini boleh melakukan sehingga 50% lebih banyak kerja dalam tempoh masa yang sama sambil menjadi sehingga 70% lebih cekap tenaga berbanding generasi sebelumnya.

Kecekapan ini sangat kritikal untuk masa depan AI dan pusat data, di mana penggunaan tenaga dan pengurusan terma merupakan kekangan utama. Jay Gambetta, Pengarah Penyelidikan IBM, menjangkakan bahawa nanostacking akan digunakan secara meluas dalam pusat data dalam tempoh sedekad akan datang. Tambahan pula, memandangkan seni bina ini adalah bertujuan umum, IBM berhasrat untuk bekerjasama dengan pengilang untuk menyepadukan reka bentuk ini ke dalam pelbagai perkakasan, termasuk CPU dan GPU.

Mengatasi Halangan Pembuatan

Di sebalik potensi yang ditawarkan, laluan ke arah pengeluaran besar-besaran menghadapi dua halangan utama: kadar hasil (yield rates) dan "bajet terma" (thermal budget). Oleh kerana lapisan-lapisan tersebut disusun bertindan, kegagalan pada sama ada lapisan atas atau bawah akan mengakibatkan kegagalan keseluruhan cip, yang berpotensi meningkatkan kos pembuatan. Selain itu, jurutera mesti menghasilkan lapisan atas pada suhu di bawah 400°C untuk mengelakkan pencairan sambungan pada lapisan di bawahnya—satu pencapaian yang didakwa telah berjaya dilakukan oleh IBM, walaupun butiran teknikal khusus kekal sebagai hak milik syarikat.

Ringkasan Utama

• Penskalaan Menegak: Seni bina nanostack IBM menggunakan teknologi CFET untuk menyusun transistor secara menegak, mengatasi had fizikal pengecilan mendatar tradisional.
• Peningkatan Kecekapan Besar-besaran: Reka bentuk baharu ini menawarkan peningkatan prestasi sebanyak 50% dan penambahbaikan kecekapan tenaga sebanyak 70%, yang sangat penting untuk pusat data dan beban kerja AI pada masa hadapan.
• Peta Jalan yang Dilanjutkan: Pakar industri mencadangkan bahawa kejayaan ini menambah 10 hingga 15 tahun lagi kepada peta jalan Hukum Moore.