تكنولوجيا 5nm من IBM تستوعب 30 مليار ترانزستور على شريحة بصمة الإصبع

أعلنت شركة IBM عن إنتاج رقائق بدقة 5 نانومتر بناءً على معيار جديد يُنهي اعتماد معيار FinFET. تستخدم هذه العملية هيكلًا جديدًا مُكوّنًا من أربع صفائح نانوية مُركّبة لاستيعاب 30 مليار ترانزستور على رقاقة بحجم مفصل الإصبع. هذا يعني أنه سيتم إنتاج رقائق فائقة القوة بأبعاد معالجة صغيرة جدًا. إن تقليل الطباعة الحجرية يعني دائمًا إنتاجية أعلى واستهلاكًا أقل للطاقة في نفس البنية، ومع تقنية IBM الجديدة، يُمكن الحفاظ على انخفاض استهلاك الطاقة من خلال زيادة قوة المعالجة.

نصّ قانون مور، الذي طُرح لأول مرة في سبعينيات القرن الماضي، على أن عدد الترانزستورات في الشريحة الواحدة يتضاعف كل عامين. لكن في السنوات الأخيرة، تعرّض هذا القانون للتحدي بسبب القيود الفيزيائية للسيليكون، مما أبطأ وتيرة إضافة الترانزستورات. تُستخدم حاليًا رقائق 14 نانومتر على نطاق واسع في سوق الإلكترونيات الاستهلاكية. ومع ذلك، تحوّلت إنتل وسامسونج إلى رقائق 10 نانومتر للحفاظ على تفوقهما على منافسيهما.

من المثير للاهتمام أن شركة IBM كشفت عام ٢٠١٥ عن شريحة تجريبية بتقنية ٧ نانومتر بالتعاون مع سامسونج وجلوبال فاوندريز، قادرة على استيعاب ٢٠ مليار ترانزستور على شريحة واحدة. ويُعتقد أن شرائح ٧ نانومتر ستكون متاحة تجاريًا عام ٢٠١٩.

يُصنّع مُصنّعو أشباه الموصلات رقائقهم بناءً على بنية FinFET منذ عام ٢٠١١. وكما يوحي الاسم، تُرتّب ترانزستورات FinFET على شكل زعنفة، مع ثلاث قنوات حاملة للتيار مُحاطة بطبقة عازلة. ومع ذلك، يبدو أن هذا النهج سيواجه تحديات في المستقبل، إذ لا يُمكن تصغير حجم الشريحة، كما أن تصغير الزعانف لا يُحسّن الكفاءة بشكل ملحوظ.

لهذا السبب، تستخدم شريحة IBM بتقنية 5 نانومتر أسطحًا نانوية سيليكونية تُرسل إشارات عبر أربع بوابات دفعةً واحدة، مقارنةً بثلاث بوابات في تقنية FinFET. استخدم مهندسو IBM الطباعة فوق البنفسجية القصوى (EUV)، وهي عملية تستخدم أطوالًا موجية أعلى بكثير من طاقة الضوء لنقش أنماط على رقاقة السيليكون الخاصة بالشريحة. يتيح هذا مزيدًا من التفاصيل على الشريحة، وخلافًا لعمليات الطباعة الحجرية الحالية، يُمكن التحكم في طاقة الشريحة وكفاءتها.

إذا قارنا تقنية الطباعة الحجرية 5 نانومتر من IBM مع تقنية 10 نانومتر الحالية، فإن تقنية الطباعة الحجرية الجديدة يمكنها زيادة الكفاءة بنسبة 40% عند نفس الطاقة، وإذا أردنا الحصول على نفس الكفاءة من كلا التقنيتين، فإن استهلاك الطاقة في تقنية الطباعة الحجرية 5 نانومتر ينخفض ​​بنسبة 75%، وهي كمية كبيرة.

ومع ذلك، بما أن تقنية الطباعة الحجرية 10 نانومتر لم تُستخدم إلا مؤخراً، ومن المقرر استخدام تقنية الطباعة الحجرية 7 نانومتر في عام 2019، فمن المتوقع أن يتم إصدار الرقائق المعتمدة على تقنية الطباعة الحجرية 5 نانومتر في السنوات الأربع أو الخمس المقبلة.