Dokąd doprowadzą nas poszukiwania granic miniaturyzacji?

Share this post:

Dwa lata temu w IBM stworzyliśmy pierwszy układ elektroniczny w 7-nanometrowej litografii, wypełniając tę maleńką powierzchnię 20 miliardami tranzystorów. Byliśmy wtedy przekonani, że dotarliśmy do granicy prawa Moore’a, ale teraz już wiemy, że dało się ją przesunąć jeszcze dalej. Dzięki zaawansowanym rozwiązaniom, takim jak technologia EUV oraz warstwowe ułożenie nanoarkuszy krzemu, zdołaliśmy pomieścić jeszcze więcej tranzystorów na prawie 30 proc. mniejszej powierzchni.

Zaprojektowany wspólnie z GlobalFoundries i Samsung procesor wielkości paznokcia to układ stworzony w 5-nanometrowej litografii, mieszczący aż 30 mld tranzystorów. Było to możliwe przede wszystkim dzięki zastosowaniu nowej techniki układania tranzystorów – „gate-all-around”, opartej na ułożonych warstwowo nanoarkuszach krzemu. Takie rozwiązanie gwarantuje znacznie wyższe właściwości elektryczne, a dodatkowo pozwala na lepszą regulację wydajności i poboru energii ze względu na możliwość precyzyjnego dostosowania odległości ułożenia nanoarkuszy. Finalnie pozwala to na podniesienie wydajności o 40 proc. przy takim samym zużyciu energii lub obniżenie zapotrzebowania na nią o ponad 70 proc. przy zachowaniu dotychczasowej wydajności.

Gdzie taki procesor może znaleźć zastosowanie?

Obecnie przede wszystkim w obszarze Internetu rzeczy (IoT) i laboratoriach chipowych (miniaturowych urządzeniach analitycznych łączących w sobie kilka funkcji laboratoryjnych, znajdujących zastosowanie m.in. w medycynie). Jednak to nie koniec, bo trend miniaturyzacji urządzeń elektronicznych jest naturalnym wynikiem postępu technologicznego. Dążymy więc do tego, aby w naszych systemach atomy znajdowały się jak najbliżej siebie, więc z czasem liczba zastosowań nanoprocesorów będzie się zwiększać.

A gdzie jest granica?

Docelowo chcemy doprowadzić do tego, aby miniaturyzacja układów scalonych była standardem ich budowy. W efekcie tego 5-nanometrowe chipy znajdziemy w powszechnie dostępnych urządzeniach elektronicznych, takich jak laptopy czy smartfony, a nawet w rzeczach potencjalnie „martwych”. Zmniejszenie wielkości układu wpływa przede wszystkim na obniżenie poboru mocy, a to z kolei pozwala nam „ożywiać” coraz więcej otaczających nas przedmiotów. Przykładem mogą być tu interaktywne okna czy zegarki monitorujące aktywność fizyczną (tzw. wearables), a także inne przedmioty o na tyle niewielkim zapotrzebowaniu na energię, aby mogły być zasilane przez małe ogniwa fotowoltaiczne.
Z punktu widzenia technologii powoli zbliżamy się ku końcowi miniaturyzacji urządzeń elektronicznych. Patrząc na dotychczasowe dokonania IBM możemy przewidywać, że 5 nm to jeszcze nie koniec, bo skoro udało się nam dokonać kolejnego przeskalowania, to dalsze wcale nie są tak nieprawdopodobne. Zmniejszanie istniejących obecnie urządzeń w połączeniu z najnowszymi technologiami oraz wynikające z nich zwiększenie wydajności, a także spadek zapotrzebowania energetycznego mają też dalsze konsekwencje. Należy do nich m.in. zmniejszenie nakładów finansowych związanych z eksploatacją, ale też, o ile nie przede wszystkim, znaczne ograniczenie wpływu na poziom zanieczyszczenia środowiska, któremu w dzisiejszych czasach powinniśmy poświęcać coraz więcej uwagi.

24 sierpnia 2017