Η νέα αρχιτεκτονική nanostack της IBM
Η IBM ανακοίνωσε μια σημαντική ανακάλυψη στην κατασκευή ημιαγωγών, παρουσιάζοντας τη νέα αρχιτεκτονική τσιπ «nanostack», την οποία περιγράφει ως την «πρώτη τεχνολογία τσιπ κάτω του 1 νανομέτρου παγκοσμίως» για κέντρα δεδομένων τεχνητής νοημοσύνης. Το νέο τσιπ μπορεί να ενσωματώσει σχεδόν 100 δισεκατομμύρια τρανζίστορ σε ένα μέγεθος ίσο με ένα ανθρώπινο νύχι, σχεδόν διπλάσια πυκνότητα τρανζίστορ σε σύγκριση με την προηγούμενη γενιά τεχνολογίας της εταιρείας.
«Δεν είναι απλώς ένα σταδιακό βήμα, είναι ένα ουσιαστικό άλμα προς τα εμπρός», δήλωσε ο Jay Gambetta, διευθυντής της IBM Research και IBM Fellow, σε ενημέρωση των μέσων ενημέρωσης. Περιέγραψε τη νέα τεχνολογία τσιπ ως «ένα βήμα προς ένα μέλλον όπου η υπολογιστική ισχύς θα γίνεται σημαντικά πιο ισχυρή χωρίς αντίστοιχη αύξηση της ενέργειας».
Τι σημαίνει «κάτω του 1 νανομέτρου»
Αξίζει να διευκρινιστεί τι σημαίνει πραγματικά ο όρος «τεχνολογία τσιπ κάτω του 1 νανομέτρου», καθώς είναι πρακτικά αδύνατο να κατασκευαστούν αξιόπιστα λειτουργικά τσιπ με τρανζίστορ μικρότερα από 1 νανόμετρο λόγω διαφόρων φυσικών περιορισμών. Η IBM ουσιαστικά ισχυρίζεται ότι η νέα αρχιτεκτονική nanostack μπορεί να προσφέρει τις βελτιώσεις στην υπολογιστική απόδοση που θα αναμένονταν αν ένα θεωρητικό τσιπ μπορούσε να κατασκευαστεί με φυσικά χαρακτηριστικά μικρότερα του 1 νανομέτρου.
Συγκεκριμένα, η IBM περιγράφει τη νέα τεχνολογία τσιπ ως κατασκευασμένη στον κόμβο των 0,7 νανομέτρων, τον οποίο έχει ονομάσει «κόμβο 7 angstrom» (1 νανόμετρο = 10 angstrom). Πρέπει να σημειωθεί ότι αυτοί οι αριθμοί κόμβων δεν έχουν καμία σχέση με τις πραγματικές φυσικές διαστάσεις των χαρακτηριστικών του τσιπ — αυτό ισχύει για όλες τις σύγχρονες γενιές τσιπ, από τα 3 νανόμετρα και μετά.
Πώς λειτουργεί η αρχιτεκτονική nanostack
Για να ξεπεράσει τους φυσικούς περιορισμούς κλίμακας, η νέα αρχιτεκτονική nanostack της IBM στοιβάζει κάθετα τα τρανζίστορ σε μια κλιμακωτή διάταξη, επιτρέποντας την τοποθέτηση περισσότερων τρανζίστορ στον ίδιο χώρο. Η αρχιτεκτονική βασίζεται στην προηγούμενη ανάπτυξη τρανζίστορ νανοφύλλων (nanosheet) από την IBM, η οποία είχε οδηγήσει στον κόμβο των 2 νανομέτρων το 2021.
Η βασική μονάδα της αρχιτεκτονικής nanostack αποτελείται από δύο τρανζίστορ στοιβαγμένα και συνδεδεμένα μεταξύ τους. Κάθε τρανζίστορ αποτελείται από τρία νανοφύλλα πάχους 5 νανομέτρων το καθένα, που αντιστοιχεί σε περίπου 15 σειρές ατόμων πυριτίου. Η απόσταση μεταξύ των νανοφύλλων είναι περίπου 9 νανόμετρα.
Επιδόσεις για την εποχή της τεχνητής νοημοσύνης
Η αρχιτεκτονική nanostack μπορεί να προσφέρει 50% υψηλότερη υπολογιστική απόδοση ή 70% μεγαλύτερη ενεργειακή αποδοτικότητα σε σύγκριση με την προηγούμενη γενιά τσιπ των 2 νανομέτρων, σύμφωνα με προβλέψεις των δημοσιευμένων τεχνικών αναφορών της εταιρείας. Η IBM παρουσίασε την αρχιτεκτονική nanostack στο IEEE Symposium on VLSI Technology and Circuits το 2025 στο Κιότο της Ιαπωνίας.
Οι ερευνητές της IBM έδειξαν επίσης ότι η αρχιτεκτονική nanostack μπορεί να προσφέρει 40% βελτίωση στην κλιμάκωση για στατική μνήμη τυχαίας προσπέλασης (SRAM) κατά τη διάρκεια του συμποσίου VLSI 2026. Η βελτίωση της μνήμης επιτυγχάνεται μέσω μιας διάταξης κλιμακωτών καναλιών για τα κύτταρα bit SRAM, μειώνοντας το συνολικό ύψος του κυττάρου κατά 40% και επιτρέποντας την τοποθέτηση περισσότερης SRAM στον ίδιο χώρο. Η κλίμακα SRAM είχε μειωθεί δραστικά σε πρόσφατες γενιές, με βελτίωση μόλις λίγων ποσοστιαίων μονάδων μεταξύ των κόμβων 3 και 2 νανομέτρων.
Το χρονοδιάγραμμα για την εμπορική παραγωγή
Η IBM δεν κατασκευάζει η ίδια εμπορικά τσιπ, αλλά συνεργάζεται με εταιρείες ημιαγωγών όπως η Rapidus στην Ιαπωνία για τη μαζική παραγωγή της προηγούμενης γενιάς τσιπ 2 νανομέτρων. Η TSMC ανέπτυξε ανεξάρτητα τρανζίστορ νανοφύλλων για τη δική της τεχνολογία 2 νανομέτρων.
«Το Nanosheet έχει γίνει το θεμέλιο της επόμενης γενιάς κλιμάκωσης τρανζίστορ», δήλωσε ο Huiming Bu, αντιπρόεδρος της IBM Semiconductors Global R&D. «Σήμερα, το nanosheet υιοθετείται από όλα τα κορυφαία χυτήρια για τα περισσότερα τσιπ 3 νανομέτρων και όλα τα τσιπ 2 νανομέτρων».
Η IBM δεν αποκάλυψε συγκεκριμένες εταιρείες με τις οποίες θα συνεργαστεί για την εμπορική αξιοποίηση της νέας τεχνολογίας sub-1 νανομέτρου. Ωστόσο, η Bu εκτιμά ότι εμπορικά τσιπ ενσωματωμένα με τη νέα αρχιτεκτονική nanostack θα μπορούσαν να ξεκινήσουν παραγωγή μέσα στα επόμενα πέντε χρόνια και πιθανότατα εντός μιας δεκαετίας.
«Θα αντικαταστήσει το nanosheet ως το κυρίαρχο πρότυπο στα κορυφαία χυτήρια, είτε πρόκειται για CPUs είτε για GPUs», δήλωσε ο Bu. «Μέσα σε μια δεκαετία, αυτό θα γίνει ένα ακόμα κυρίαρχο πρότυπο που εφηύραμε και βοηθήσαμε τη βιομηχανία να μετασχηματιστεί».