IBM is er in geslaagd een 2 nm chip te ontwikkelen. Het gaat op een testchip zonder praktische toepassing, die wel illustreert waar de toekomst van de semiconductorontwikkeling ligt.
IBM introduceert de eerste 2 nm chip ter wereld. De onderzoeksafdeling van de hardwarespecialist laat met de primeur zien hoe de microchips van morgen er zullen uitzien. De microchip is niet meer dan een testexemplaar zonder functioneel nut, maar het ding toont aan dat 2 nm een werkbare node is. Fabrikanten hebben nu een uitgangspunt waarop ze kunnen starten om productieprocessen voor hun toekomstige chipfabrieken te ontwikkelen.
Waarom 2 nm?
Waarom is deze primeur van IBM nu zo belangrijk? Daarvoor moeten we even kijken naar wat de onderzoekers precies gerealiseerd hebben. 2 nm is een marketingterm die al sinds 1997 geen rechtstreekse betrekking meer heeft op het formaat van de transistors op de chip. De gebruikte technologie veranderde waardoor de nm-benaming meer een indicatie geeft van de nauwkeurigheid van de gebruikte technologie.
Vandaag bakt TSMC chips voor onder andere AMD met een 7 nm-proces, dat ongeveer gelijkwaardig is aan wat Intel voor zijn eigen processors 10 nm noemt. Alle fabrikanten hebben de ambitie om chips met zo klein mogelijke transistors te bouwen. De eerstvolgende node die op het programma staat voor commercialisering is 5 nm.
Efficiënter maar uitdagender
Kleinere transistors verbruiken minder energie, wekken minder warmte op en laten een hogere dichtheid toe op een gegeven chip. Een kleinere node zorgt dus automatisch voor een efficiëntere chip. De technologie staat vandaag echter zo ver dat krachten tussen atomen en kwantum-effecten de efficiëntie van transistors onderuit halen.
Bovendien is het niet eenvoudig om chipdesigns met een dergelijke nauwkeurigheid neer te zetten. Chips worden ‘getekend’ met de hulp van licht dat door een masker schijnt, maar de golflengte van zichtbaar licht is intussen groter dan de vereiste nauwkeurigheid. Vandaag is diep UV-licht de norm, maar ook dat stoot tegen zijn limieten aan. De chips van de toekomst zullen met Extreem UV-licht of EUV worden gefabriceerd, in combinatie met transistordesigns die storende effecten van de verkleinging tegen gaan.
lees ook
Wat je moet weten over processors en nanometers
Bovenstaande schetst in grote lijnen een beeld van de complexiteit van aanhoudende chipverkleining. De realiteit is dat de huidige technologie flirt met de grenzen van wat fysisch mogelijk is, en nodeverkleiningen lang niet meer zo vanzelfsprekend zijn. IBM’s verwezenlijking toont aan dat 2 nm-chips via EUV en met de juiste nieuwe technologieën wel mogelijk zijn.
Merkbare verbetering
De verbeteringen zijn praktisch merkbaar. IBM schat dat 2 nm-chips 45 procent beter zullen presteren en 75 procent minder energie zullen gebruiken dan equivalente chips gebakken op 7 nm. Anandtech werkte uit dat de chip een dichtheid van ongeveer 333 miljoen transistors per vierkante millimeter heeft, vergeleken met 173 miljoen transistors per vierkante millimeter op TSMC’s 7 nm-proces vandaag.
IBM’s 2 nm-chip is een belangrijke stap in een lang proces. IBM werkt samen met de grote chipfabrikanten om de technologie verder te commercialiseren, maar 2 nm-chips zijn nog jaren van de winkelrekken verwijderd.