Tranzystor węższy od cząsteczki glukozy. IBM zszywa chipy w pionie, by ocalić prawo Moore’a

Tranzystor o szerokości cząsteczki glukozy brzmi jak granica fizyki. A jednak IBM twierdzi, że właśnie ją przekroczył — i ma plan, by zejść jeszcze dziesięciokrotnie niżej.

Koniec nanometrów, początek angstremów

→ Czytaj też: Światło zachowuje się jak kwantowy hamulec. Co to oznacza dla twojego komputera?

Po raz pierwszy inżynierowie mogą projektować układy z tranzystorami mniejszymi niż 1 nanometr. Architektura nazwana NanoStack umożliwia produkcję elementów tak małych, że nie mierzy się ich już w nanometrach, lecz w angstremach — jednostce zwykle rezerwowanej dla atomów.

Pierwsze chipy mają mieć tranzystory o wielkości 7 angstremów. To 0,7 nanometra, mniej więcej szerokość pojedynczej cząsteczki glukozy. Dla porównania: dzisiejsze topowe układy 2 nm, napędzające superkomputery, systemy AI i zaawansowane karty graficzne, mają tranzystory znacznie większe.

Różnica przekłada się na gęstość. Typowy chip 2 nm mieści około 50 miliardów tranzystorów na powierzchni paznokcia. Nowa architektura pozwala upchnąć tam blisko 100 miliardów — niemal dwukrotnie więcej.

Sztuczka polega na układaniu w stosy

→ Czytaj też: Komputery kwantowe rozwiązały największy problem fuzji. Kiedy zobaczymy to na rachunkach?

Klucz do tego skoku to technika nanostacking, opisana w pracy zaprezentowanej przez IBM na sympozjum VLSI Technology and Circuits w 2025 roku w Kioto. Zamiast kurczyć tranzystory w płaszczyźnie, inżynierowie zaczęli układać je pionowo — jeden na drugim.

„NanoStack to tranzystory z nanoarkuszy układane jeden na drugim. Ale nie przez prostą litografię i trawienie” — tłumaczył Huiming Bu, wiceprezes IBM ds. globalnego R&D półprzewodników.

Bu wspomina nie tylko o układaniu w pionie, ale i o „przesuwaniu”. Przednia i tylna strona każdego tranzystora może być kontaktowana niezależnie — osobno dla sygnału i dla zasilania. Łączenie warstw odbywa się metodą pojedynczego wiązania dielektrycznego, którą inżynier nazywa kluczową innowacją.

To rozwiązuje problemy, które od lat blokowały zejście poniżej 2 nm: „pułapkowanie ładunku”, gdy elektrony grzęzną w defektach materiału, oraz „upływ bramki”, czyli rozpraszanie energii. Im mniejszy tranzystor, tym te zjawiska boleśniejsze.

O połowę mniej energii — i to się liczy najbardziej

Według IBM nowa technologia daje do 50 procent większą wydajność przy 70-procentowej redukcji zużycia energii w stosunku do platformy 2 nm. To ostatnie może być ważniejsze niż sama moc.

„Wszyscy żądają wydajności, ale nikt nie chce płacić rachunku za energię” — zauważył Bu. W epoce centrów danych pożerających prąd jak małe miasta, oszczędność energii staje się walutą równie cenną jak liczba klatek na sekundę.

Zysk obejmie też pamięć SRAM, używaną w pamięci podręcznej procesorów, urządzeniach sieciowych, rozrusznikach serca i czujnikach pojazdów. IBM wykazał 40-procentową poprawę skalowania tej pamięci względem platformy 2 nm — co znaczy wiele dla AI, gdzie liczy się szybkość przepływu danych blisko rdzeni obliczeniowych.

Prawo Moore’a zyskuje oddech

IBM zapowiada, że w ciągu pięciu lat NanoStack zastąpi dzisiejsze nanoarkusze jako główną platformę w wiodących fabrykach — zarówno dla procesorów, jak i kart graficznych. Przejście ma nastąpić w okolicach 7 angstremów.

Najśmielsza obietnica sięga dalej. Firma twierdzi, że ta sama metoda pozwoli zejść aż do pojedynczego angstrema, czyli 0,1 nanometra. To utrzymałoby prawo Moore’a — regułę mówiącą, że gęstość tranzystorów rośnie wykładniczo — przy życiu jeszcze przez chwilę.

Korzyści mogą dotknąć również komputerów kwantowych. Jak wskazał Jay Gambetta, dyrektor ds. badań IBM, maszyny kwantowe potrzebują ogromnej mocy klasycznej do budowy dekoderów i kontrolerów. „Jeśli możemy zmieniać platformę na bardziej wydajną i mocniejszą, pomoże to tylko tempu, w jakim musimy budować klasyczne obliczenia towarzyszące kwantowym” — ocenił. „To kolejny skok w technologii”.