Nghiên cứu của IBM đã tiết lộ một chip 2nm mới với công nghệ nanô ngày nay sẽ đóng vai trò là nền tảng cho công nghệ xử lý trong tương lai của hãng. IBM đã trưng bày một tấm wafer 300mm đầy đủ được sản xuất trên quy trình nanô 2nm tại cơ sở ở Albany, New York. Tuy nhiên, điều quan trọng cần nhớ là công nghệ vẫn đang trong giai đoạn nghiên cứu, vì vậy tấm wafer không có chip có thể sản xuất được, ít nhất là ở dạng hiện tại.
IBM không còn sản xuất hàng loạt bộ vi xử lý nữa; thay vào đó, nó giúp phát triển công nghệ cho các đối tác của mình, như Intel và Samsung. Công ty trước đây gần đây đã thông báo rằng họ sẽ nghiên cứu các công nghệ đóng gói và nút quy trình mới với IBM như một phần của sáng kiến IDM 2.0 mới của mình . Điều đó có nghĩa là chip 2nm trong tương lai của Intel có thể dựa trên một số đột phá này của IBM và còn rất nhiều.
IBM tuyên bố rằng công nghệ nút quy trình mới sẽ cải thiện hiệu suất lên 45% khi sử dụng cùng một lượng điện năng hoặc ít hơn 75% điện năng trong khi vẫn duy trì hiệu suất tương tự như quy trình 7nm ngày nay.
IBM cho biết các con chip mới sẽ có tới 50 tỷ bóng bán dẫn trong một con chip có kích thước ‘kích thước bằng móng tay’ nhưng không cung cấp số liệu đo mật độ bóng bán dẫn (MTr / mm2) để cho chúng ta cảm nhận rõ hơn về mật độ so với các chip hiện đại khác .
Tuy nhiên, như với tất cả các quy ước đặt tên nút chip hiện đại, điều quan trọng cần nhớ là chỉ số ‘2nm’ không bị ràng buộc với một tính năng vật lý cụ thể trên chip. Thay vào đó, nó được phát triển dựa trên mức tiêu thụ điện năng và hiệu suất của các nút quy trình tương đương từ các xưởng đúc của bên thứ ba, có nghĩa là việc đặt tên nanomet cho chip hiện đại phần lớn là một bài tập tiếp thị. Tuy nhiên, đó là một vấn đề toàn ngành không chỉ giới hạn ở IBM.
Hình ảnh đầu tiên trong album trên cho thấy mặt cắt của sáu bóng bán dẫn 2nm của IBM. Nếu bạn đã quen với việc nhìn vào mặt cắt ngang qua kính hiển vi điện tử của các bóng bán dẫn, bạn sẽ nhận thấy chúng khác biệt rõ rệt so với hình ảnh thứ ba, đó là công nghệ FinFET 14nm thế hệ hiện tại của Intel.
Thiết kế mới của IBM bao gồm ba tấm nano silicon nằm ngang xếp chồng lên nhau, với mỗi tấm nano được bao bọc hoàn toàn bởi một cổng. Kỹ thuật ‘cổng toàn xung quanh’ (GAA) này làm giảm rò rỉ điện áp ngăn chặn việc tắt các bóng bán dẫn. Điều này ngày càng trở thành vấn đề khi các bóng bán dẫn co lại – ngay cả khi cổng bao quanh kênh ở ba mặt, như chúng ta thấy với các bóng bán dẫn FinFET (được minh họa trong hình ảnh cuối cùng).
Ở đây, chúng ta có thể xem các slide của IBM về các bóng bán dẫn nano 2nm và các phép đo khác nhau. Mỗi bóng bán dẫn có ba lớp nanô xếp chồng lên nhau được bao quanh bởi các cổng và tổng thể toàn bộ ngăn xếp có chiều cao 75nm. Mỗi tấm nano có kích thước 5nm x 40nm với chiều dài cổng 12nm và bóng bán dẫn có bước sóng 44nm.
IBM đã thực hiện một số bước tiến đáng chú ý khác với công nghệ này, bao gồm Cách ly Điện môi Đáy đầu tiên trong ngành để loại bỏ dòng điện rò rỉ từ tấm nano đầu tiên trong ngăn xếp, cho phép chiều dài cổng 12nm. IBM không chia sẻ thêm chi tiết về các vật liệu mà họ sử dụng trong quy trình 2nm, chẳng hạn như liệu họ có sử dụng silicon-germanium hay không, nhưng công ty cho biết họ sẽ chia sẻ thêm chi tiết trong tương lai.
IBM ‘phần chip nơi tạo ra các bóng bán dẫn và các cấu trúc liên quan (bảng nano và cổng). Ngược lại, công nghệ bóng bán dẫn hiện đang vận chuyển sử dụng mô hình EUV trong các giai đoạn giữa dòng (MOL) và cuối dòng (BEOL) bao gồm các kết nối và các phần đóng gói của chip, tương ứng.
Đáng ngạc nhiên là IBM nói rằng họ sử dụng EUV phơi sáng đơn trong mọi lớp quan trọng của chip, bao gồm cả FEOL, giảm độ phức tạp (ít mặt nạ và bước quang học hơn) và cải thiện năng suất so với đa mẫu. Kỹ thuật này có thể tạo ra chiều rộng tấm nano từ 15nm đến 70nm, mang lại cho các fabs một số linh hoạt với các thư viện tế bào và SRAM dựa trên các mục tiêu thiết kế khác nhau. IBM cũng tiết lộ rằng họ sử dụng máy Twinscan NXE: 3400B EUV từ ASML để sản xuất các tấm thử nghiệm 2nm của mình.
IBM đã điều hành các cơ sở sản xuất chip của riêng mình trong khoảng 25 năm trước khi bán phần kinh doanh đó cho GlobalFoundries vào năm 2014. Tuy nhiên, IBM vẫn tiếp tục nghiên cứu phát triển và cấp phép cho các công nghệ cốt lõi của mình thông qua ‘Seven Nanometers and Beyond trị giá 3 tỷ USD. ‘chương trình nghiên cứu mà công ty bắt đầu sau khi bán các cơ sở chế tạo của mình. Samsung đã là đối tác quan trọng của công ty, một mối quan hệ sẽ tiếp tục trong tương lai với công nghệ quy trình của IBM. Trên thực tế, Samsung sẽ sản xuất bộ vi xử lý Power10 của riêng IBM trong năm nay trên quy trình 7nm được phát triển cùng với IBM.
Thông báo của Intel rằng họ sẽ hợp tác với IBM về các công nghệ đóng gói và logic trong tương lai được đưa ra như một tuyên bố quá rộng trong thông báo IDM 2.0 của mình.hơn một tháng trước. Tuy nhiên, mối quan hệ hợp tác giữ một tầm quan trọng to lớn đối với Intel vì nó có vẻ sẽ phục hồi sau nhiều năm trì trệ với các công nghệ xử lý của mình và IBM đã khá rõ ràng trong cuộc họp báo của chúng tôi rằng công nghệ 2nm mới của họ sẽ mang lại lợi ích cho tất cả các đối tác, bao gồm cả Intel.
IBM mới chỉ chia sẻ những chi tiết cơ bản về thiết kế bảng nano 2nm của mình, vì vậy vẫn còn nhiều điều để tìm hiểu, chẳng hạn như cách công ty có kế hoạch giải quyết việc mở rộng kết nối liên kết, vốn đã trở thành một trở ngại chính trong con đường đến với các bóng bán dẫn nhỏ hơn. Nói một cách đơn giản, các bóng bán dẫn nhỏ nhất trên thế giới sẽ không có ích gì nếu bạn không thể kết nối chúng với nhau và đó là một trong những hạn chế cấp bách nhất đối với việc thu hẹp các nút nhỏ hơn.
Ngoài ra, IBM đã không chia sẻ chi tiết về SRAM, số liệu mật độ cho các thư viện tế bào khác nhau hoặc các vật liệu mà nó sử dụng cho nút 2nm. Chúng tôi mong đợi tất cả những câu hỏi này và hy vọng nhiều hơn nữa sẽ được giải đáp khi chúng tôi tìm hiểu sâu về những sản phẩm đầu tiên dựa trên công nghệ này. IBM cho biết họ hy vọng quy trình nanô 2nm của mình sẽ ra mắt các xưởng đúc đối tác vào cuối năm 2024, nhưng họ không đưa ra bất kỳ dự đoán chắc chắn nào về việc xưởng đúc nào sẽ dẫn đầu về công nghệ dựa trên nghiên cứu của mình.
Nguồn: Tom’s Hardware