Η IBM παρουσίασε το πιο πρόσφατο chip της, το οποίο χωρά σχεδόν διπλάσιους τρανζίστορ από το σημερινό πιο εξελιγμένο μοντέλο, χάρη στην προσθήκη δεύτερου στρώματος κυκλωμάτων πυριτίου.
Πρόκειται για νέο ρεκόρ στα μικρά, ισχυρά computer chips. Το πρωτότυπο chip της IBM έχει μέγεθος νυχιού, αλλά περιλαμβάνει σχεδόν 100 δισεκατομμύρια τρανζίστορ, δηλαδή σχεδόν τα διπλάσια από το προηγούμενο state-of-the-art chip, χάρη σε μια τρισδιάστατη τεχνική.
Η εταιρεία αναφέρει ότι το chip, διαστάσεων 10 χιλιοστών επί 15 χιλιοστών, θα προσφέρει 70% υψηλότερη ενεργειακή αποδοτικότητα και 50% υψηλότερη απόδοση σε σχέση με τα σημερινά κορυφαία chips και ότι θα ενσωματωθεί σε εμπορικές συσκευές μέσα στην επόμενη δεκαετία.
Για δεκαετίες, οι ονομασίες των διαδικασιών κατασκευής chip παρέπεμπαν στο μέγεθος των επιμέρους τρανζίστορ σε νανόμετρα: 10 νανόμετρα, 5 νανόμετρα κ.ο.κ. Όσο μικρότερα γίνονταν τα εξαρτήματα, τόσο το καλύτερο, καθώς τα μικρότερα στοιχεία σήμαιναν συνήθως μεγαλύτερη πυκνότητα και, άρα, ταχύτερους υπολογισμούς για ένα chip δεδομένου μεγέθους, αλλά και χαμηλότερη κατανάλωση ενέργειας.
Τα τελευταία χρόνια, όμως, η εικόνα έχει γίνει πιο σύνθετη, λέει ο Huiming Bu της IBM. Τα μεγέθη στις ονομασίες έχουν πλέον αποσυνδεθεί από κάθε φυσική πραγματικότητα και έχουν γίνει απλώς όροι μάρκετινγκ.
Έτσι, παρότι η IBM αναφέρεται σε αυτή τη νέα τεχνολογία ως «0,7 νανόμετρα», δεν υποστηρίζει ότι τα εξαρτήματά της έχουν πραγματικά τόσο μικρό μέγεθος, αν και επιτυγχάνει πυκνότητα τρανζίστορ-ρεκόρ. Η πραγματική καινοτομία, που σύμφωνα με τον Bu χρειάστηκε 15 χρόνια ανάπτυξης, είναι μια διαδικασία συγκόλλησης δύο στρωμάτων chips πυριτίου, η οποία δημιουργεί όλες τις απαραίτητες ηλεκτρικές συνδέσεις ανάμεσά τους, δεν υπερθερμαίνεται και μπορεί να παραχθεί μαζικά.
«Όλη η βιομηχανία μας έχει επεκτείνει τα τρανζίστορ στις διαστάσεις X και Y εδώ και 60+ χρόνια [κατασκευής chip]», λέει ο Bu. «Είναι η πρώτη φορά που θα επιτρέψουμε τη σμίκρυνση των τρανζίστορ και στον άξονα Z».
Η IBM δεν έδωσε ακριβείς λεπτομέρειες για τις διαστάσεις των εξαρτημάτων της νέας τεχνολογίας, όμως από τα στοιχεία που δημοσιοποίησε προκύπτει ότι ουσιαστικά πρόκειται για δύο στρώματα του πρώτου λειτουργικού chip των 2 νανομέτρων, το οποίο είχε ανακοινώσει το 2021. Η αρχική αυτή τεχνολογία κατασκευάζεται πλέον από πολλά από τα κορυφαία εργοστάσια ημιαγωγών στον κόσμο και αναμένεται να φτάσει και στο επόμενο iPhone της Apple.
Λόγω της τεράστιας πολυπλοκότητας και του κόστους που απαιτούν ο σχεδιασμός και η παραγωγή νέων chips, ο κλάδος συνεργάζεται για να καθορίσει έναν οδικό χάρτη σχετικά με τις νέες τεχνολογίες που πρέπει να δημιουργηθούν και να φτάσουν στην αγορά, υπό τον συντονισμό του μη κερδοσκοπικού Interuniversity Microelectronics Centre, το οποίο πραγματοποιεί μεγάλο μέρος της έρευνας και της ανάπτυξης. Αν και η τεχνολογία 0,7 νανομέτρων της IBM δεν έχει ακόμη δοκιμαστεί εμπορικά, αποτελεί αναμενόμενο βήμα στη διεθνή παραγωγή chip και πιθανότατα θα ακολουθηθεί και από άλλους κατασκευαστές.
Ο Bu ελπίζει ότι μέσα στην επόμενη δεκαετία τα νέα chips των 0,7 νανομέτρων θα καταλήγουν σε εμπορικές συσκευές, όμως σημειώνει ότι η τεχνολογία πιέζεται ολοένα και περισσότερο από τους νόμους της φυσικής, καθώς προσπαθεί να αντιμετωπίσει ανεπιθύμητα κβαντικά φαινόμενα, διαρροή ρεύματος και άλλα προβλήματα που εμφανίζονται σε τόσο μικροσκοπικές κλίμακες. Ορισμένα τμήματα των πιο πρόσφατων chips έχουν πάχος μόλις 15 άτομα πυριτίου.
Ο Owen Guy από το Swansea University στη Βρετανία λέει ότι άλλοι κατασκευαστές chips προβάλλουν αντίστοιχα υψηλή πυκνότητα τρανζίστορ, ενώ στην πράξη χρησιμοποιούν πολλαπλά στρώματα πυριτίου που χωρίζονται από παχιά στρώματα υποστρώματος, κάτι που δεν επιτρέπει τον πραγματικό τρισδιάστατο σχεδιασμό όπως αυτόν που υποστηρίζει η IBM, αφού οι συνδέσεις από το ένα στρώμα στο άλλο δεν μπορούν να γίνουν εύκολα και η ψύξη μπορεί να είναι προβληματική. «Υπάρχει πολύς καπνός και καθρέφτες γύρω από αυτά τα θέματα τώρα», λέει.
Σύμφωνα με τον ίδιο, τα εξαρτήματα των chips έχουν πλέον γίνει τόσο μικρά, ώστε η περαιτέρω μείωση του μεγέθους των τρανζίστορ, ακόμη κι αν ένα chip χρειάζεται δισεκατομμύρια από αυτά, δεν πρόκειται να κάνει στην πράξη μια συσκευή όπως ένα laptop ή ένα smartphone μικρότερη. Η πίεση για ολοένα και μικρότερα εξαρτήματα αφορά κυρίως την καλύτερη ενεργειακή αποδοτικότητα και τα οφέλη στην ψύξη, ώστε οι φορητές συσκευές να έχουν μεγαλύτερη διάρκεια μπαταρίας ή να μειωθεί η κατανάλωση ενέργειας στα data centres.
Μία από τις βασικές προκλήσεις πλέον θα είναι η ενσωμάτωση της νέας τεχνολογίας chip της IBM στην παγκόσμια αλυσίδα παραγωγής και η είσοδός της σε συσκευές. Τα chips κατασκευάζονται σε παρτίδες εκατοντάδων πάνω σε ένα μόνο silicon wafer 300 χιλιοστών, το οποίο περιέχει τρισεκατομμύρια μεμονωμένα τρανζίστορ, και στη συνέχεια κόβονται σε ξεχωριστά κομμάτια. Πολύπλοκα μηχανήματα εκτελούν χιλιάδες επιμέρους εργασίες πάνω στο wafer, τοποθετώντας στρώματα κυκλωμάτων, μόνωσης και διαφόρων χημικών με πάχη μόλις λίγων νανομέτρων. Η προσθήκη ενός νέου, μη δοκιμασμένου στοιχείου όπως το δεύτερο στρώμα της IBM δεν θα είναι απλή υπόθεση.
Ορισμένοι κατασκευαστές chip επιδιώκουν να δημιουργήσουν ακόμη μικρότερη τεχνολογία «0,2 νανομέτρων», σε σημείο που τμήματα του κυκλώματος θα μπορούσαν να έχουν πλάτος όσο ένα άτομο. «Το απόλυτο όριο είναι ένα ηλεκτρόνιο και ένα άτομο», λέει ο Guy. «Πιθανότατα γύρω στο 2050 θα χρειαστεί να έχουμε κβαντικές τεχνολογίες για το επόμενο μεγάλο άλμα».
