Чип IBM 0,7 нм пока не продается и не появится в ноутбуках в этом году, но новость все равно важная: компания показала прототип с плотностью примерно 100 млрд транзисторов на площади размером с ноготь. Для русскоязычной IT-аудитории это сигнал простой: у индустрии еще есть запас хода по вычислениям и энергоэффективности, даже если классическое уменьшение транзисторов почти уперлось в физику.
Речь идет о новом прототипе IBM, о котором сообщает MIT Technology Review. Компания утверждает, что это вдвое более плотная технология по сравнению с ее предыдущим передовым техпроцессом, который IBM показывала в 2021 году. Если перевести маркетинг на язык эксплуатации дата-центров и продуктовых команд, посыл такой: на том же энергобюджете можно получить больше вычислений, а значит, дольше удерживать рост нагрузки без бесконечного наращивания счетов за электричество.
Ключевая идея не в том, что IBM каким-то чудом ужала транзисторы до размеров, которые никто раньше не видел. Наоборот: отрасль уже несколько лет живет с неприятным фактом, что обычное масштабирование почти дошло до предела. Когда размеры транзисторов становятся слишком маленькими, начинают мешать эффекты квантовой механики, и дальше просто «ужать еще чуть-чуть» не выходит. Поэтому производители чипов меняют логику: вместо того чтобы только расширять город по горизонтали, начинают строить этажи вверх. IBM назвала свой подход nanostack: транзисторы размещаются в два слоя друг над другом прямо на одном кремниевом кристалле.
С инженерной точки зрения это не декоративный трюк, а вполне конкретная архитектура. IBM сначала формирует транзисторы на одном слое кремния, затем помещает сверху еще один слой кремния и строит второй уровень транзисторов, после чего соединяет оба слоя электрическими связями. Такой вертикальный стек относится к классу complementary field-effect transistor, или CFET. В IBM подчеркивают, что второй слой у них размещен не строго поверх нижнего, а со смещением. Это должно упростить разводку и дать дополнительные преимущества при проектировании. Для отрасли это важный нюанс: красивые рендеры с 3D-чипами давно никого не впечатляют, а вот удобство проводки и точность совмещения слоев уже влияют на то, можно ли довести идею до серийного производства.
На цифрах IBM выглядит уверенно. По данным компании, чипы на этой архитектуре способны выполнять до 50% больше работы за то же время и быть до 70% энергоэффективнее по сравнению с предыдущей передовой архитектурой IBM. Это не означает, что каждый будущий CPU или GPU автоматически получит именно такой бонус: между лабораторным образцом и коммерческим продуктом лежит длинная дорога из компромиссов, yield, цены и упаковки. Но даже как ориентир эти числа звучат для рынка серьезно. Джей Гамбетта, директор IBM Research, назвал это не инкрементальным шагом, а существенным скачком. Аналитик TechInsights Дэн Хатчесон формулирует еще прямее: по его оценке, такой подход добавляет на дорожную карту еще 10-15 лет.
Почему это вообще может сработать именно сейчас? Потому что IBM строит новый стек не с нуля, а на базе nanosheet-технологии, которая используется в передовых транзисторах примерно с 2022 года. В новой схеме канал транзистора состоит из трех нанолистов толщиной по 15 атомов каждый, а расстояние между ними составляет 9 нм. Здесь полезно сразу убрать маркетинговый туман. Термин «0,7 нм» IBM использует по сложившейся в отрасли традиции именования поколений, а не как буквальное описание физического размера какого-то элемента. Иными словами, это ярлык поколения, а не линейка под микроскопом. Для разработчиков и менеджеров это хороший повод не путать название узла с реальной геометрией: в полупроводниках эти вещи уже давно живут отдельно.
Конечно, красивый прототип еще не означает, что фабрики завтра перестроятся под новую схему. У вертикального наращивания есть две очень приземленные проблемы. Первая — выход годных кристаллов. Если у вас два слоя, то сбой в верхнем или нижнем уровне может отправить в брак весь чип, а это бьет по себестоимости. Вторая — температура производства. При создании второго слоя нельзя перегреть и повредить уже готовые соединения нижнего, поэтому технологические операции нужно удерживать ниже 400 °C. IBM заявляет, что решила эту задачу, но деталей не раскрывает. Для отрасли это нормальная история: рецептура процесса часто дороже пресс-релиза. Научное сообщество, впрочем, тоже двигается в ту же сторону. В материале MIT Technology Review приводится комментарий профессора Университета Иллинойса Цина Као, который называет работу IBM трансформирующей именно потому, что компания показала стек транзисторов на целой пластине и в рамках передовой производственной линии, а не только в виде лабораторного фокуса на отдельном образце.
В практическом смысле новость важна не только для производителей железа. Если IBM и партнеры по производству смогут довести nanostack до коммерческих CPU и GPU, выиграют в первую очередь те, у кого вычисления уже стали строкой P&L: облачные провайдеры, AI-команды, владельцы дата-центров, разработчики высоконагруженных сервисов. Для них вопрос давно не в абстрактном «быстрее», а в том, сколько полезной работы можно выжать из стойки, мегаватта и бюджета на охлаждение. Поэтому главный вопрос теперь не в том, умеет ли индустрия складывать транзисторы этажами, а в том, где у чипа IBM 0,7 нм появится первая по-настоящему убийственная прикладная роль: в серверных CPU, ускорителях для ИИ или в другом классе вычислительных систем. Первоисточник с деталями и цитатами — .