IBM показала первые 2-нм чипы

Похоже, IBM удалось совершить прорыв в сфере полупроводникового производства. Все производители полупроводников ищут способы, которые бы позволили увеличить плотность расположения транзисторов на кристалле и уменьшить их размер. Производство по 2-нм техпроцессу обеспечивает на 45% более высокую производительность по сравнению с 7-нм технологией, либо можно снизить энергопотребление на 75% при прежней производительности. Конечно, переход с 7 на 2 нм кажется весьма значительным.

У IBM давняя история производства полупроводников, хотя у всех на слуху сегодня Intel, TSMC или Samsung. Первые 7-нм чипы были произведены в 2015 году, а в 2017 году было анонсировано 5-нм производство. Для 5 нм IBM перешла с классических FinFET на нанолисты.

Впрочем, важно сравнивать не размер структур транзистора, а плотность расположения на кристалле. С недавними процессорами Rocket Lake-S мы как раз обсуждали данную тему, результаты сведены в таблицу.

IBM говорит о 50 млрд. транзисторов на площади, соответствующей ногтевой пластине пальца. К сожалению, площадь ногтя не раскрывается. Наши коллеги Anandtech задали IBM прямой вопрос и получили ответ - около 150 мм². Таким образом, плотность составляет 333 MT/мм².

Подписывайтесь на группы Hardwareluxx ВКонтакте и Facebook, а также на наш канал в Telegram (@hardwareluxxrussia).

Здесь можно привести сравнение с техпроцессами TSMC и Samsung. Например, TSMC ожидает 300 MT/мм² для 3-нм техпроцесса, здесь компания будет выступать примерно на равных с 2-нм техпроцессом IBM. Intel от 7-нм техпроцесса ожидает от 200 до 250 MT/мм². Здесь хорошо видно, что просто сравнивать структуры 7, 5, 3 и 2 нм не имеет смысла без учета плотности расположения транзисторов.

Плотность транзисторов тоже величина не постоянная. Если техпроцесс оптимизирован под высокие тактовые частоты, то у него плотность транзисторов меньше, чем в том же кэше, например. Даже на одном кристалле есть области с более плотным расположением транзисторов или менее плотным.

Классическая технология FinFET подходит к концу жизненного срока, она уже не подходит для новых техпроцессов. Сегодня над транзисторами с затвором, окружающим канальную область, работают все крупные производители полупроводников. Подобные транзисторы GAA (Gate All-Around) представляют собой полевые транзисторы (FET), затвор в которых со всех четырех сторон окружает очень тонкую канальную область. Что позволяет преодолеть физические ограничения FinFET и дальше масштабировать производительность транзисторов со снижением напряжения.

Транзисторы GAAFETs могут быть в разных форм-факторах. Некоторые исследователи фокусируются на GAAFETs на основе нано-проводников, чтобы сделать размеры GAAFETs как можно меньше. Подобные GAAFETs требуют очень мало энергии для работы, но изготавливать их очень сложно. Еще одна реализация - очень тонкая горизонтальная полоска, которая тоже обеспечивает возможность дальнейшего масштабирования производительности. Intel работает над 3D-стеком подобных транзисторов Self-Aligned 3D Stacked Multi-Ribbon CMOS.

IBM стекирует транзисторы GAA в трех плоскостях. Высота ячейки составляет 75 нм, ширина - 40 нм. Промежутки между плоскостями составляют 5 нм. Ширина затвора - 12 нм. Интересно, что 2 нм здесь нигде не упоминаются. То есть речь идет о маркетинге, IBM просто назвала так техпроцесс без подробностей.

IBM производит тестовые чипы на 300-мм подложке. Вполне типичный размер для современного полупроводникового производства. Для чего будут использоваться тестовые чипы - неизвестно. Вероятно, IBM производит чипы с различными структурами для тестирования.

IBM пока не объявила, когда компания приступит к массовому производству 2-нм чипов. Первые процессоры Power10 с 7-нм техпроцессом должны выйти с конвейера до конца года. Что позволяет прикинуть срок от анонса до массового производства. Напомним, что 7-нм техпроцесс был анонсировал шесть лет назад. Соответственно, пройдет, как минимум, 4-5 лет, прежде чем выйдут первые 2-нм процессоры.