IBM har klart det «umulige»

Det har lenge vært antatt at den tradisjonelle, silisiumbaserte datateknologien er nær ved veis ende på grunn av utfordringene knyttet til å krympe teknologien videre ned.

I lys av dette har mange aktører begynt å snuse på helt andre teknologier, men samtidig andre har lett etter nye tilnærminger for å skvise enda mer ut av silisiumet. IBM leverer nå store nyheter på den fronten.

På nettsidene sine har IBM nå avduket det de kaller verdens første brikke laget med under én nanometers produksjonsprosess – en bragd mange tidligere har ansett som «umulig».

0,7 nanometer

Ved hjelp av en ny transistorarkitektur skal IBM ha greid å få produksjonsprosessen helt ned til imponerende 0,7 nanometer. For å sette dette i perspektiv er én nanometer en milliarddels meter, eller én millionsdels millimeter.

Ett enkelt silisiumatom er på cirka 0,25 nanometer, og dermed nærmer vi oss altså nå størrelsen til individuelle atomer – som representerer en «hard» fysisk grense for hvor smått det kan bli.

IBMs nye brikke stapper nesten 100 milliarder transistorer inn på et areal tilsvarende en fingernegl, som er nesten det dobbelte av IBMs 2-nanometersbrikke som selskapet kunngjorde allerede i 2021. Det har med andre ord tatt fem år å doble tettheten.

Med det nye gjennombruddet ser IBM for seg at silisiumteknologien kan fortsette å skaleres i minst ti år til.

Bruker «nanostabler»

Fremskrittet ble muliggjort gjennom både ny transistorarkitektur og det selskapet omtaler som materialmessige og strukturelle innovasjoner. IBM kaller teknologien sin for «nanostabler» (nanostack), som i korte trekk innebærer å øke tettheten «oppover» i stedet for «utover» – altså en form for tredimensjonal arkitektur.

Disse stablene består av lag av «nanoplater» (nanosheets), som IBM introduserte med 2-nanometersbrikken de viste frem i 2021. Transistorene i nanostablene er plassert i vekslende mønstre, omtrent som murstein.

Den stabel-baserte arkitekturen bød på mange utfordringer, ifølge selskapet, hvorav den første gjelder justeringen av selve waferne. Siden løsningen er avhengig av wafer-til-wafer-sammenføyning, kreves det svært presis kontroll over hvor flate waferne er og nøyaktig innretting av transistorene i forhold til hverandre, forklarer IBM.

Den andre utfordringen er at det er vanskeligere å koble sammen transistorene, fordi ledningsbanene nå er mindre og må føres på tvers av flere transistorlag. IBM klarte imidlertid å overkomme disse hindringene.

Trodde de ville møte en vegg

– Vi snakket alltid om, selv for 10–15 år siden, at vi ville møte en «murvegg», at skaleringen av transistorer på et tidspunkt ville stoppe fordi vi rett og slett ikke kunne komme videre. Men innovasjonene innen materialer og verktøy har virkelig bidratt til å drive utviklingen av disse teknologiene fremover, sa IBM Research-forsker og halvlederspesialist Griselda Bonilla.

Ifølge IBM representerer «nanostabel»-løsningen et nytt paradigme som tilrettelegger for videre oppskalering av silisiumteknologien med vesentlige gevinster innen ytelse og energieffektivitet. Mer arbeid gjenstår imidlertid før masseproduksjonen og industriadopsjon kan realiseres, påpeker selskapet.

I mellomtiden jobbes det fremdeles med alternativer til silisiumteknologien. Noen tilnærminger baserer seg på karbonmaterialet grafén, mens andre sysler med optiske teknologier for å komme rundt silisiumbegrensningene.