IBM pretendon se ka zhvilluar teknologjinë e parë në botë për çipa nën 1 nanometër

Një arkitekturë e re çipi nga IBM mund të integrojë gati 100 miliardë transistorë në një çip me madhësinë e një thoi njeriu – pothuajse dyfishi i dendësisë së transistorëve të gjeneratës së mëparshme të teknologjisë së çipave të kompanisë. Përmirësimi që rezulton në performancën e llogaritjes së çipit dhe efikasitetin e energjisë vjen nga ajo që IBM e përshkruan si “teknologjia e parë në botë e çipit nën 1 nanometër” për qendrat e të dhënave të IA-së.

“Nuk është vetëm një hap i ngadaltë, është një hap domethënës përpara”, tha Jay Gambetta, drejtor i IBM Research dhe IBM Fellow, në një konferencë paraprake për median. Ai e përshkroi teknologjinë e re të çipave si “që tregon një të ardhme ku informatika bëhet dukshëm më e fuqishme pa një rritje përkatëse të energjisë”.

Ia vlen të sqarojmë se çfarë do të thotë “teknologjia e parë në botë e çipave nën 1 nanometër”, sepse është jopraktike të ndërtohen çipa me funksionim të besueshëm me transistorë dhe karakteristika të tjera më të vogla se 1 nanometër për shkak të kufizimeve të ndryshme fizike. Në vend të kësaj, IBM në thelb po pretendon se arkitektura e saj e re “nanostack” mund të ofrojë përmirësime të performancës kompjuterike që do të priteshin nëse një çip teorik mund të ndërtohej me karakteristika fizike më të vogla se 1 nanometër.

Në mënyrë specifike, IBM e përshkruan teknologjinë e saj të re të çipave si të ndërtuar në nyjen 0.7 nanometër, të cilën e ka quajtur nyja 7 angstrom sepse 1 nanometër përbëhet nga 10 angstrom.

Por mbani mend se numra të tillë nyjesh nuk kanë të bëjnë fare me dimensionet aktuale fizike të karakteristikave të çipave të IBM-it. Gjeneratat e vjetra të çipave të zhvilluara në vitet 1970 dhe 1980 kishin karakteristika fizike me dimensione që përputheshin me numrin në emër të nyjes ose procesit të teknologjisë së tyre të çipave – siç janë çipat e prodhuar në nyjen 180-nanometrike – por kjo nuk ka qenë rasti për dekada dhe sigurisht jo për gjeneratat e fundit të çipave të prodhuara me një proces 3-nanometrike ose 2-nanometrike.

Për të kapërcyer kufizimet fizike të shkallëzimit me të cilat përballen projektuesit modernë të çipave, arkitektura e re nanostack e IBM-it i grumbullon vertikalisht tranzistorët në një plan të shkallëzuar për të vendosur më shumë tranzistorë në të njëjtën hapësirë ​​çipi. Arkitektura nanostack ndërtohet mbi zhvillimin e mëparshëm të kompanisë të tranzistorëve nanosheet që hapën rrugën për nyjen e saj të çipit 2-nanometër të prezantuar në vitin 2021.

Njësia bazë e arkitekturës nanostack të IBM-it përbëhet nga dy transistorë të vendosur në një vend të caktuar dhe të lidhur së bashku. Çdo transistor përbëhet nga tre nanofletë që janë individualisht 5 nanometra të trasha, ekuivalente me rreth 15 rreshta atomesh silikoni. Ekziston gjithashtu një distancë prej rreth 9 nanometrash që ndan secilën nanofletë.

Arkitektura nanostack mund të hapë rrugën për një performancë kompjuterike 50 për qind më të lartë ose një efikasitet energjetik 70 për qind më të madh se gjenerata e mëparshme e çipave të nyjeve 2-nanometër të IBM-it, sipas parashikimeve nga raportet teknike të publikuara të kompanisë. Kompania prezantoi arkitekturën e saj të tranzistorit nanostack në Simpoziumin IEEE 2025 mbi Teknologjinë dhe Qarqet VLSI të mbajtur në Kioto të Japonisë.

Studiuesit e IBM treguan gjithashtu se si arkitektura nanostack mund të ofrojë përmirësim prej 40 përqind në shkallëzimin për memorien statike me akses të rastësishëm (SRAM) gjatë simpoziumit VLSI 2026. SRAM lejon operacione leximi dhe shkrimi të shpejta, por që kërkojnë shumë energji, të cilat janë thelbësore në shumë aplikacione të IA-së.

Përmirësimi i kujtesës bëhet i mundur nëpërmjet një dizajni me kanale të shkallëzuara për qelizat e biteve SRAM të çipit – njësi ruajtjeje kujtese që përbëhen nga gjashtë transistorë – që zvogëlon lartësinë e përgjithshme të qelizave me 40 përqind dhe mundëson që më shumë SRAM të shtrydhet në të njëjtën hapësirë ​​të çipit.

Ky ndoshta do të jetë një lajm i mirëpritur për projektuesit e çipave që kërkojnë të mbështesin ngarkesat e punës të inteligjencës artificiale, duke pasur parasysh se shkallëzimi i SRAM ka rënë në mënyrë drastike në gjeneratat e fundit të teknologjive të çipave. Për shembull, shkallëzimi i SRAM është përmirësuar vetëm disa përqind midis gjeneratës së çipave 3-nanometër dhe gjeneratës së çipave 2-nanometër, shpjegoi Gambetta.

“Ky arritje prej 40 përqind përfundimisht do të industrializohet në rrjedhat e punës së inteligjencës artificiale, të cilat kërkojnë gjerësi bande më të lartë dhe efikasitet të lartë”, tha Gambetta.

Si një kompani që kryen kërkime mbi teknologjinë e çipave, IBM nuk prodhon çipa komercialë që mund të përfundojnë në qendrat e të dhënave të inteligjencës artificiale ose në pajisjet e konsumatorit. Në vend të kësaj, IBM ka partneritete me kompani gjysmëpërçuese si Rapidus në Japoni për të prodhuar masivisht gjeneratën e mëparshme të çipave të nyjeve 2-nanometër bazuar në arkitekturën nanosheet, ose për të komercializuar teknologjinë e lidhur në një partneritet tjetër me Samsung në Korenë e Jugut.

Kompani të tjera kanë vazhduar punën pioniere të IBM pa ndonjë bashkëpunim të drejtpërdrejtë. Për shembull, TSMC e Tajvanit zhvilloi në mënyrë të pavarur tranzistorë nanosheet për teknologjinë e vet të patentuar të nyjeve 2-nanometër.

“Nanosheet është bërë themeli i gjeneratës së ardhshme të shkallëzimit të transistorëve”, tha Huiming Bu , nënkryetar i IBM Semiconductors Global R&D dhe IBM Research, gjatë konferencës për median. “Sot, nanosheet përdoret nga të gjitha fabrikat kryesore për shumicën e çipave 3-nanometër dhe të gjitha çipat 2-nanometër.”

IBM nuk pranoi të emëronte kompani specifike me të cilat mund të bashkëpunojë për të komercializuar teknologjinë më të re të nyjeve nën 1 nanometër. Por Bu pret që çipat komercialë të prodhuar në nyjen nën 1 nanometër dhe që përfshijnë arkitekturën më të re të nanostack mund të fillojnë prodhimin që në pesë vitet e ardhshme dhe me shumë mundësi brenda një dekade.

“Do të zëvendësojë nanosheet si rrjedhën kryesore të sotme në fabrikat kryesore, qofshin ato CPU apo GPU,” tha Bu. “Brenda një dekade, kjo do të bëhet një tjetër rrjedhë kryesore që ne e kemi shpikur dhe e kemi ndihmuar industrinë të transformohet.”