Η νέα αρχιτεκτονική NanoStack της IBM επέτρεψε στους ερευνητές να ενσωματώσουν έως και 100 δισεκατομμύρια τρανζίστορ σε ένα μόνο τσιπ, προσφέροντας 50% υψηλότερες επιδόσεις και 70% χαμηλότερη κατανάλωση ενέργειας σε σύγκριση με τη σημερινή γενιά ημιαγωγών.
Δείτε επίσης: Η IBM ενώνει τις δυνάμεις της με την OpenAI για την ενσωμάτωση της AI στην ασφάλεια επιχειρήσεων
Για πρώτη φορά, οι επιστήμονες κατάφεραν να κατασκευάσουν τρανζίστορ με διαστάσεις μικρότερες του 1 νανομέτρου (nm). Σύμφωνα με την ερευνητική ομάδα, η αρχιτεκτονική NanoStack θα μπορούσε μελλοντικά να οδηγήσει ακόμη και στην ανάπτυξη τρανζίστορ μεγέθους 0,1 nm.
Τα νέα τρανζίστορ των 0,7 nm είναι αισθητά μικρότερα από εκείνα που χρησιμοποιούνται στα σύγχρονα τσιπ τεχνολογίας 2 nm, τα οποία τροφοδοτούν υπερυπολογιστές, εφαρμογές τεχνητής νοημοσύνης και προηγμένες μονάδες επεξεργασίας γραφικών (GPU). Αν και η ονομασία ενός κόμβου κατασκευής (όπως τα 2 nm) δεν αντιστοιχεί απαραίτητα στις ακριβείς φυσικές διαστάσεις των τρανζίστορ, αποτελεί ένδειξη των συνολικών δυνατοτήτων και της πυκνότητας του τσιπ.
Όσο μικρότερα είναι τα τρανζίστορ και τα υπόλοιπα εξαρτήματα ενός ολοκληρωμένου κυκλώματος, τόσο περισσότερα μπορούν να χωρέσουν στην ίδια επιφάνεια. Ένα τυπικό τσιπ τεχνολογίας 2 nm μπορεί να φιλοξενήσει περίπου 50 δισεκατομμύρια τρανζίστορ σε χώρο αντίστοιχο με το μέγεθος ενός ανθρώπινου νυχιού.
Στη νέα σχεδίαση, τα τρανζίστορ είναι τόσο μικροσκοπικά ώστε οι διαστάσεις τους εκφράζονται πλέον σε ångström (Å) – μονάδα μέτρησης που χρησιμοποιείται κυρίως για την περιγραφή ατομικών αποστάσεων. Τα πρώτα τσιπ αυτής της τεχνολογίας αναμένεται να χρησιμοποιούν τρανζίστορ 7 Å, δηλαδή 0,7 νανόμετρα, περίπου όσο το πλάτος ενός μορίου γλυκόζης.
Χάρη σε αυτήν την εξαιρετικά υψηλή πυκνότητα ολοκλήρωσης, οι μηχανικοί μπορούν να τοποθετήσουν σχεδόν 100 δισεκατομμύρια τρανζίστορ σε επιφάνεια μεγέθους νυχιού, σχεδόν διπλάσιο αριθμό σε σχέση με τη σημερινή πλατφόρμα των 2 nm.
Δείτε ακόμα: Πρώην στέλεχος της IBM κατηγορεί την εταιρεία για συγκάλυψη πολυετούς κινεζικής επίθεσης
Οι ερευνητές πέτυχαν αυτό το τεχνολογικό άλμα αξιοποιώντας μια νέα μέθοδο, γνωστή ως NanoStack, την οποία παρουσίασαν αρχικά σε μελέτη που δημοσιεύθηκε στο Symposium on VLSI Technology and Circuits 2025 και αναρτήθηκε τον Ιούλιο του 2025 στην πλατφόρμα IEEE Xplore.
Η τεχνική αυτή επιτρέπει την κατακόρυφη στοίβαξη (vertical stacking) των νανοφύλλων (nanosheets) που χρησιμοποιούνται στην κατασκευή των προηγούμενης γενιάς τσιπ τεχνολογίας 2 nm, αυξάνοντας σημαντικά την πυκνότητα των τρανζίστορ χωρίς να απαιτείται μεγαλύτερη επιφάνεια πυριτίου.
Η συμβατική τεχνολογία κατασκευής ολοκληρωμένων κυκλωμάτων, γνωστή ως CMOS (Complementary Metal-Oxide-Semiconductor), απαιτεί εξαιρετικά υψηλές θερμοκρασίες κατά τη διαδικασία παραγωγής. Ωστόσο, όσο τα τρανζίστορ γίνονται μικρότερα, εμφανίζονται ολοένα και σοβαρότερες τεχνικές προκλήσεις. Μεταξύ αυτών είναι η παγίδευση φορτίου (charge trapping), κατά την οποία ηλεκτρόνια ή οπές εγκλωβίζονται λόγω ατελειών ή προσμίξεων στο υλικό, καθώς και η διαρροή από την πύλη (gate leakage), ένα φαινόμενο που προκαλεί ανεπιθύμητη στατική κατανάλωση ηλεκτρικής ενέργειας και μειώνει την ενεργειακή απόδοση των κυκλωμάτων.
Σύμφωνα με τους ερευνητές, η νέα τρισδιάστατη αρχιτεκτονική NanoStack της IBM σχεδιάστηκε ώστε να αντιμετωπίσει αρκετά από τα βασικά προβλήματα που εμφανίζονται όσο τα τρανζίστορ συνεχίζουν να συρρικνώνονται. Η τεχνολογία της κατακόρυφης στοίβαξης επιτρέπει μεγαλύτερη πυκνότητα ολοκλήρωσης, βελτιωμένη απόδοση και χαμηλότερη κατανάλωση ενέργειας, χωρίς τους περιορισμούς των συμβατικών μεθόδων κατασκευής.
Δείτε επίσης: IBM και Red Hat επιδιώκουν να γίνουν το ‘κέντρο ασφάλειας’ για εφαρμογές ανοιχτού κώδικα στις επιχειρήσεις
Εκπρόσωποι της IBM ανέφεραν ότι η νέα τεχνολογία προσφέρει έως και 50% υψηλότερες επιδόσεις, ενώ παράλληλα μειώνει την κατανάλωση ενέργειας κατά 70% σε σύγκριση με τη σημερινή πλατφόρμα των 2 νανομέτρων (2 nm). Όπως εκτιμά η εταιρεία, η αρχιτεκτονική αυτή αναμένεται μέσα στα επόμενα πέντε χρόνια να αντικαταστήσει πλήρως τη σημερινή τεχνολογία, αποτελώντας τη βάση για την επόμενη γενιά ολοκληρωμένων κυκλωμάτων.
