5-нм технология позволит упаковать 30 миллиардов транзисторов на чип размером с ноготь

На кристаллах самых современных и самых маленьких чипов, выпускаемых электронной промышленностью на сегодняшний день, находятся транзисторы, длина канала и затвора (управляющего электрода) которых составляет всего 10 нанометров. Но специалисты компании IBM уже подготовили новую технологию, которая позволит сократить вышеупомянутые размеры в два раза, до 5 нанометров.

Пожертвовав в пользу новой технологии перспективной архитектурой под названием FinFET, специалисты компании разработали стековую структуру, состоящую из четырех наложенных друг на друга нано-листов. Согласно расчетам, новая структура транзисторов позволит упаковать их в количестве 30 миллиардов на кристалле чипа, размером с монетку малого достоинства, кроме этого новая структура обещает высокий прирост производительности чипов и их эффективности.

Данная технология является дальнейшей модернизацией 7-нм технологии, разработанной компанией IBM в 2015 году совместно с компаниями GlobalFoundries и Samsung. Опытные образцы таких чипов насчитывали около 20 миллиардов транзисторов на кристалле, а достигнуто это было благодаря внедрению новых материалов и производственных технологий. Ожидается, что чипы, построенные на основе 7-нм технологии, появятся на рынке приблизительно в 2019 году.

Сокращение размеров транзистора до 5 нм позволит упаковать на кристалл чипа дополнительные 10 миллиардов транзисторов. В принципе, можно было сократить до 5 нм и размеры стандартных транзисторов, но такое сокращение стало бы технологическим пределом используемых технологий. Поэтому, имея в виду более долгосрочные перспективы, специалисты компании IBM предпочли разработать совершенно новую архитектуру построения чипов.

Как уже упоминалось выше, 5-нм чипы изготавливаются путем наложения друг на друга нескольких слоев кремниевых нано-листов. Это позволяет подать управляющий сигнал сразу на четыре отдельных затвора транзистора, в то время, как у транзисторов FinFET имелось три независимых затвора и три канала. 5-нм транзисторы изготавливаются при помощи технологии ультрафиолетовой литографии (Extreme Ultraviolet Lithography, EUVL), который позволяет "рисовать" образы на подложке при помощи более коротковолнового и высокоэнергетического излучения, нежели другие методы. Это, в свою очередь, означает, что при помощи такого метода можно создавать более маленькие элементы чипов с более высоким качеством. При этом, новая технология EUVL позволяет осуществлять непрерывную адаптационную регулировку прямо в процессе производства.

По сравнению с 10-нм чипами, 5-нм решения на 40% производительнее и на 75% энергоэффективнее при выполнении процессором специально оптимизированных для него задач. Согласно имеющимся прогнозам, первые коммерческие 5-нм чипы могут появиться на рынке не ранее, чем через 4-5 лет.