IBM zaprezentował przełomową technologię półprzewodnikową – pierwszy na świecie układ scalony wykonany w procesie technologicznym poniżej 1 nanometra (nm). Rewolucyjna konstrukcja tranzystorów 0,7 nm (7 angstremów) to ważny krok dla branży półprzewodników, która zbliża się do fizycznych granic dalszej miniaturyzacji układów. Półprzewodniki są dziś podstawą niemal wszystkich współczesnych technologii – od komputerów i urządzeń AGD, przez elektronikę użytkową i systemy komunikacyjne, po transport oraz infrastrukturę krytyczną.
Nowy układ IBM mieści niemal 100 miliardów tranzystorów na powierzchni odpowiadającej wielkości paznokcia, oferując niemal dwukrotnie większą gęstość upakowania niż czip wykonany w technologii 2 nm, zaprezentowany przez IBM w 2021 roku. Osiągnięcie to było możliwe dzięki szeregowi innowacji materiałowych i konstrukcyjnych, w tym opracowaniu przełomowej, trójwymiarowej architektury nanostack. Technologia pokazuje, że dalsze zwiększanie wydajności i efektywności energetycznej pozostaje możliwe nawet wtedy, gdy elementy układu osiągają rozmiary zbliżone do pojedynczych atomów.
Opublikowane wyniki badań wskazują, że nowy układ może zapewnić nawet o 50 proc. wyższą wydajność lub do 70 proc. większą efektywność energetyczną względem układów IBM wykonanych w technologii 2 nm. Otwiera to drogę do znaczącego zwiększenia mocy obliczeniowej wykorzystywanej m.in. przez generatywną sztuczną inteligencję, infrastrukturę chmurową oraz kolejną generację urządzeń elektronicznych.
Najnowsze osiągnięcie IBM wyznacza kolejny przełom w rozwoju technologii obliczeniowych, przenosząc miniaturyzację układów scalonych poniżej granicy jednego nanometra – do skali atomowej. Dzięki nowej architekturze nanostack nie ograniczamy się do dalszego zmniejszania tranzystorów. Na nowo definiujemy sposób projektowania układów scalonych, aby zapewnić znaczący wzrost wydajności i efektywności energetycznej. To pierwsza tego typu innowacja w branży, która kontynuuje wieloletnią tradycję IBM w wyznaczaniu kierunków rozwoju nowoczesnych technologii i tworzy podstawy pod kolejną erę informatyki – mówi Jay Gambetta, Director of IBM Research oraz IBM Fellow.
Nanostack – nowy rozdział w projektowaniu czipów
Na potrzeby opracowania nowego układu badacze IBM stworzyli całkowicie nową architekturę tranzystorów o nazwie nanostack – pierwszą w branży trójwymiarową konstrukcję opierającą się technologii nanosheet. Nanostack to znaczący krok naprzód w stosunku do technologii nanosheet, najnowocześniejszej architektury w branży, wynalezionej przez IBM.
Architektura nanostack polega na pionowym układaniu i wzajemnym przesuwaniu warstw tranzystorów z wykorzystaniem sekwencyjnej integracji 3D. Pozwala to znacząco zwiększyć liczbę tranzystorów na pojedynczym układzie, a jednocześnie umożliwia zastosowanie różnych materiałów w poszczególnych warstwach, dzięki czemu parametry wydajnościowe i energetyczne każdego tranzystora mogą być optymalizowane niezależnie.
Działanie architektury nanostack zostało potwierdzone poprzez m.in. technologię ultracienkiego łączenia dielektrycznego w procesie integracji CMOS, prezentację możliwości projektowania układów z podwójnym kanałem przewodzenia oraz działanie inwertera CMOS osiągającego oczekiwane parametry przełączania. Wyniki te potwierdzają, że architektura nanostack może zostać fizycznie zrealizowana i obsługuje rzeczywiste operacje obliczeniowe.
Dodatkowo podczas konferencji VLSI 2026 naukowcy IBM zaprezentowali wyniki pokazujące, że architektura nanostack umożliwia 40-procentowe zmniejszenie powierzchni pamięci SRAM, co pozwala projektować jeszcze bardziej wydajne układy scalone, zdolne jednocześnie sprostać rosnącym wymaganiom dotyczącym przepustowości pamięci w zastosowaniach opartych na sztucznej inteligencji.
Nowa konstrukcja po raz pierwszy umożliwia rozwój technologii logicznych poniżej granicy 1 nanometra, otwierając erę projektowania układów w skali angstremowej, czyli na poziomie wymiarów zbliżonych do pojedynczych atomów. Choć obecnie oznaczenia węzłów technologicznych odnoszą się przede wszystkim do kolejnych generacji procesu produkcyjnego, a nie do rzeczywistych wymiarów fizycznych tranzystorów, technologia IBM 0,7 nm (7 angstremów) pokazuje, że dalsza miniaturyzacja pozostaje możliwa. Według planów rozwoju IBM architektura nanostack stworzy podstawy do kontynuowania skalowania technologii półprzewodnikowych przez co najmniej kolejną dekadę.
Kontynuacja wieloletniego przywództwa IBM w rozwoju technologii półprzewodnikowych
Najnowsze osiągnięcie jest kolejnym potwierdzeniem pozycji IBM jako jednego ze światowych liderów badań i rozwoju w dziedzinie półprzewodników. Firma od dziesięcioleci wyznacza kierunki rozwoju technologii wykorzystywanych w systemach obliczeniowych – od pierwszych półprzewodników opracowywanych w latach 60. XX wieku, po pierwszy na świecie układ wykonany w technologii 2 nm. Obecnie IBM kontynuuje prace nad najbardziej zaawansowanymi rozwiązaniami z obszaru technologii krzemowych, sprzętu dla sztucznej inteligencji, układów logicznych oraz procesorów kwantowych, które będą napędzać kolejną generację systemów obliczeniowych.
Badania prowadzone są wspólnie z partnerami w laboratorium IBM w Albany (stan Nowy Jork), jednym z najważniejszych na świecie ośrodków badawczo-rozwojowych zajmujących się półprzewodnikami. Wkrótce zostanie ono wyposażone w system litografii High Numerical Aperture Extreme Ultraviolet (High NA EUV), uznawany za kluczową technologię umożliwiającą dalszą miniaturyzację układów. Opracowane przez firmę ASML rozwiązanie pozwala na niezwykle precyzyjne odwzorowywanie struktur obwodów na waflach krzemowych, otwierając drogę do produkcji jeszcze mniejszych i wydajniejszych układów scalonych. IBM wraz z partnerami – Lam Research Corp. (Nasdaq: LRCX), Tokyo Electron (TEL) oraz SCREEN Semiconductor Solutions, Ltd. – prowadzi prace nad nowymi procesami i narzędziami wykorzystującymi technologię High NA EUV, które już dziś pozwoliły na stworzenie działających układów.
IBM ogłosił również niedawno plany powołania spółki Anderon – pierwszej na świecie wyspecjalizowanej odlewni technologii kwantowych (pure-play quantum foundry). Anderon, niezależna spółka IBM, wykorzysta wiodącą w branży wiedzę IBM w zakresie obliczeń kwantowych i półprzewodników, aby pomóc Stanom Zjednoczonym w produkcji większości światowych płytek kwantowych.
Biorąc pod uwagę oczekiwania dotyczące jak najszybszego wdrożenia technologii nanostack w węzłach poniżej 1 nm, IBM przewiduje, że wdrożenie jej do produkcji będzie możliwe w ciągu najbliższych 5 lat.
