فناوری ۰.۷ نانومتری آیبیام (IBM)؛ عبور از مرز ۱ نانومتر با معماری Nanostack و ۱۰۰ میلیارد ترانزیستور
- تراکم بیسابقه: جا دادن نزدیک به ۱۰۰ میلیارد ترانزیستور در تراشهای به ابعاد تقریبی یک ناخن.
- فناوری زیر ۱ نانومتر: معرفی معماری نانواستک در گره پردازشی ۰.۷ نانومتر (۷ آنگستروم).
- جهش در عملکرد: افزایش ۵۰ درصدی سرعت پردازش یا کاهش ۷۰ درصدی مصرف انرژی نسبت به نسل ۲ نانومتری.
- تحول حافظه پنهان: ارتقای ۴۰ درصدی در کوچکسازی حافظه SRAM، که برای بارهای کاری سنگین هوش مصنوعی بسیار حیاتی است.
شرکت آیبیام (IBM) از معماری جدید ترانزیستورهای خود در گره پردازشی ۰.۷ نانومتری (۷ آنگستروم) پردهبرداری کرد. این شرکت دستاورد جدید خود را به عنوان اولین فناوری نیمههادی زیر ۱ نانومتر در این صنعت معرفی میکند. این پیشرفت، یک نقطه عطف تحقیقاتی بسیار مهم به شمار میرود؛ چراکه تولیدکنندگان تراشه همواره در تلاشند تا از محدودیتهای فیزیکی رایج در کوچکسازی ترانزیستورها عبور کنند.
این فناوری آزمایشی موفق شده است نزدیک به ۱۰۰ میلیارد ترانزیستور را روی تراشهای به اندازه ناخن انگشت یکپارچه کند. این یعنی تراکم ترانزیستورها نسبت به تراشه ۲ نانومتری آیبیام (که برای اولین بار در سال ۲۰۲۱ معرفی شد) تقریباً دو برابر شده است. به گفته آیبیام، طراحی جدید میتواند بسته به اهداف پیادهسازی، تا ۵۰ درصد سرعت بهتر یا تا ۷۰ درصد مصرف انرژی کمتری نسبت به گره ۲ نانومتری ارائه دهد.
معماری جدید و سهبعدی نانواستک (Nanostack)
آیبیام در معماری نانواستک خود به جای تکیه صرف بر روشهای متداول برای کوچک کردن ابعاد ترانزیستور، ترانزیستورهای نانوشیت (Nanosheet) را به شکل عمودی و پلهای از طریق یکپارچهسازی متوالی سهبعدی روی هم قرار میدهد. این رویکرد، تراکم ترانزیستورها را به شدت بالا میبرد و به مهندسان اجازه میدهد ترکیبات مختلفی از مواد را در لایههای جداگانه به کار ببرند. در نتیجه، میتوان ویژگیهای مصرف انرژی و قدرت پردازشی را به صورت کاملاً مستقل درون هر لایه بهینهسازی کرد.
پژوهشگران آیبیام توانستند این معماری را از طریق فرآیند «پیوند دیالکتریک بسیار نازک برای یکپارچهسازی CMOS» به صورت تجربی اثبات کنند. آنها همچنین مهندسی دوکاناله و عملکرد موفق مدارهای معکوسکننده CMOS را به نمایش گذاشتند. این نتایج ثابت میکند که این معماری نه تنها قابلیت تولید فیزیکی دارد، بلکه میتواند بارهای کاری پردازشی سنگین را نیز تحمل کند.
جی گامبتا (Jay Gambetta)، مدیر بخش تحقیقات آیبیام، این تحول را به جای یک پیشرفت ساده در کوچکسازی ترانزیستور، یک تغییر اساسی در روش ساخت تراشهها میداند. او اشاره کرد که این معماری امکان فعالیت در ابعادی نزدیک به مقیاس اتمی را فراهم میکند و همزمان دستاوردهای بزرگی در سرعت و بهرهوری به همراه دارد.
ارتقای حافظه SRAM برای بارهای کاری هوش مصنوعی
در جریان تحقیقات مستقلی که در سمپوزیوم فناوری و مدارهای VLSI سال ۲۰۲۶ ارائه شد، آیبیام گزارش داد که معماری نانواستک موفق به کوچکسازی ۴۰ درصدی در حافظه SRAM شده است. بهبود تراکم حافظه برای شتابدهندههای هوش مصنوعی و سیستمهای پردازش سریع (HPC) اهمیت روزافزونی دارد، چراکه امروزه ظرفیت و پهنای باند حافظه یکی از محدودکنندهترین عوامل در سرعت کلی سیستمها به شمار میرود.
پیشرفتهای بهدستآمده در حافظه SRAM میتواند به طراحان سختافزار کمک کند تا پردازندههای کارآمدتری بسازند و همزمان پاسخگوی نیازهای رو به رشد هوش مصنوعی مولد، زیرساختهای ابری و پردازشهای متمرکز بر داده باشند.
تمدید نقشه راه نیمههادیها به عصر آنگستروم
با وجود اینکه در گرههای پردازشی مدرن، اعداد دیگر به صورت مستقیم نشاندهنده ابعاد فیزیکی ترانزیستور نیستند، اما فناوری ۰.۷ نانومتری آیبیام مسیر روشنی را برای ادامه روند کوچکسازی قطعات در «عصر آنگستروم» ترسیم میکند. این شرکت معتقد است رویکرد نانواستک میتواند تضمین کند که کوچکسازی ترانزیستورها حداقل تا یک دهه دیگر و فراتر از محدودیتهای فعلی ادامه یابد.
این تحقیقات در مرکز پژوهشهای نیمههادی آیبیام در آلبانی نیویورک و با همکاری شرکای صنعتی انجام گرفته است. انتظار میرود این مرکز به زودی میزبان سیستم پیشرفته «لیتوگرافی فرابنفش فرین با دیافراگم عددی بالا (High NA EUV)» از شرکت ASML باشد؛ ابزاری که برای تولید نسلهای آینده تراشه کاملاً حیاتی است. آیبیام و شرکایش پیش از این نیز از ساخت قطعات کاربردی با استفاده از فرآیندهای High NA EUV خبر داده بودند.
چشمانداز تولید انبوه و تجاری
آیبیام به تثبیت جایگاه خود به عنوان پیشگام در تحقیقات نیمههادی، سختافزار هوش مصنوعی و پردازش کوانتومی ادامه میدهد. این شرکت اخیراً برنامههای خود را برای تأسیس Anderon (یک ریختهگری مستقل کوانتومی متمرکز بر تولید ویفرهای کوانتومی) نیز اعلام کرده است.
اگرچه فناوری ۰.۷ نانومتری در حال حاضر یک دستاورد تحقیقاتی به حساب میآید، اما آیبیام اعلام کرد که اولین مراحل پذیرش تجاری و تولید مبتنی بر نانواستک میتواند در پنج سال آینده محقق شود. این موضوع مسیر مشخصی را برای ورود پردازندههای زیر ۱ نانومتر به خط تولید صنعتی ارائه میدهد.
تحلیل اختصاصی آلفاتک: غلبه بر محدودیتهای فیزیک برای بقای هوش مصنوعی
معرفی معماری سهبعدی نانواستک (Nanostack) توسط آیبیام، پاسخی مهندسیشده به یک بحران خاموش در صنعت فناوری است. با کند شدن روند عملی قانون مور (Moore’s Law) در حالت دوبعدی، شرکتهای سختافزاری به دیوار سخت فیزیک برخورد کرده بودند. هوش مصنوعی امروزی به پردازندههایی نیاز دارد که همزمان دادههای بسیار بیشتری را در فضای کمتری پردازش کنند، بدون اینکه به دلیل حرارت بیش از حد ذوب شوند.
حرکت آیبیام به سمت چیدمان عمودی ترانزیستورها و به ویژه کوچکسازی ۴۰ درصدی حافظه نهان (SRAM) درونتراشهای، دقیقاً همان نقطهعطفی است که نسل بعدی شتابدهندههای گرافیکی (مانند جایگزینهای Blackwell انویدیا در سالهای آینده) به آن نیاز دارند تا مدلهای زبانی عظیم را با سرعت کلاک بالاتر و تاخیر کمتری اجرا کنند.
