Самый маленький процессор в мире нм

Обновлено: 03.07.2024

ОЛБАНИ, Нью-Йорк, 6 мая 2021 г. /PRNewswire/ -- Компания IBM (NYSE: IBM) сегодня объявила о прорыве в разработке и производстве полупроводников, разработав первый в мире чип с технологией нанолистов размером 2 нанометра (нм). Полупроводники играют важнейшую роль во всем: от вычислений до бытовой техники, устройств связи, транспортных систем и критической инфраструктуры.

"Инновация IBM, отраженная в этом новом 2-нанометровом чипе, важна для всей полупроводниковой и ИТ-индустрии".

Спрос на повышенную производительность чипов и энергоэффективность продолжает расти, особенно в эпоху гибридного облака, искусственного интеллекта и Интернета вещей. Новая 2-нанометровая технология чипов IBM помогает продвигать современное состояние полупроводниковой промышленности, отвечая на этот растущий спрос. По прогнозам, его производительность будет на 45 % выше, а энергопотребление — на 75 % ниже, чем у самых передовых на сегодняшний день 7-нм узловых чипов i .

Потенциальные преимущества этих передовых 2-нм чипов могут включать:

Вчетверо увеличить срок службы батареи сотового телефона, поскольку пользователям требуется заряжать свои устройства только каждые четыре дня ii .
Сокращение углеродного следа центров обработки данных, на долю которых приходится один процент мирового энергопотребления iii . Замена всех их серверов на процессоры, изготовленные по 2-нм техпроцессу, потенциально может значительно сократить это число.
Значительное ускорение работы ноутбука, начиная от более быстрой обработки в приложениях и заканчивая упрощением языкового перевода и более быстрым доступом в Интернет.
Способствует более быстрому обнаружению объектов и уменьшению времени реакции в автономных транспортных средствах, таких как беспилотные автомобили.

"Инновации IBM, отраженные в этом новом 2-нанометровом чипе, важны для всей полупроводниковой и ИТ-индустрии, – сказал Дарио Хиль, старший вице-президент и директор IBM Research. "Это продукт подхода IBM к решению сложных технических задач и демонстрация того, как прорывы могут быть результатом постоянных инвестиций и совместного экосистемного подхода к исследованиям и разработкам".

IBM в авангарде инноваций в области полупроводников
Этот последний прорыв основан на десятилетиях лидерства IBM в области инноваций в области полупроводников. Усилия компании по разработке полупроводников сосредоточены в ее исследовательской лаборатории, расположенной в комплексе Albany Nanotech в Олбани, штат Нью-Йорк, где ученые IBM работают в тесном сотрудничестве с партнерами из государственного и частного секторов, чтобы расширить границы логического масштабирования и возможностей полупроводников.

Такой совместный подход к инновациям превращает IBM Research Albany в ведущую мировую экосистему для исследований в области полупроводников и создает мощный поток инноваций, помогая удовлетворять производственные потребности и ускорять рост мировой индустрии микросхем.

Наследие IBM в области полупроводниковых достижений также включает в себя первое внедрение 7-нм и 5-нм техпроцессов, одноячеечной памяти DRAM, законов масштабирования Деннарда, фоторезистов с химическим усилением, медных межсоединений, технологии кремния на изоляторе, многоядерных микропроцессоров, высокопроизводительных диэлектрики затвора k, встроенная память DRAM и трехмерное стекирование микросхем. Первое коммерческое предложение IBM, включающее усовершенствования IBM Research 7 нм, дебютирует в конце этого года в системах IBM Power Systems на базе IBM POWER10.

50 миллиардов транзисторов на чипе размером с ноготь
Увеличение количества транзисторов на чипе может сделать их меньше, быстрее, надежнее и эффективнее. 2-нм техпроцесс демонстрирует расширенное масштабирование полупроводников с использованием технологии нанолистов IBM. Его архитектура является первой в отрасли. Этот последний прорыв, разработанный менее чем через четыре года после того, как IBM объявила о своем знаковом 5-нм техпроцессе, позволит 2-нм чипу разместить до 50 миллиардов транзисторов на чипе размером с ноготь.

Больше транзисторов на чипе также означает, что у разработчиков процессоров есть больше возможностей для внедрения инноваций на уровне ядра для улучшения возможностей передовых рабочих нагрузок, таких как искусственный интеллект и облачные вычисления, а также новые пути для аппаратной безопасности и шифрования. IBM уже внедряет другие инновационные усовершенствования на уровне ядра в последних поколениях оборудования IBM, таких как IBM POWER10 и IBM z15.

Об IBM
IBM — ведущий мировой поставщик гибридных облачных сред и ИИ, а также бизнес-услуг, помогающий клиентам в более чем 175 странах извлекать выгоду из своих данных, оптимизировать бизнес-процессы, сокращать расходы и получать конкурентные преимущества в их отрасли. Почти 3000 государственных и корпоративных организаций в критически важных областях инфраструктуры, таких как финансовые услуги, телекоммуникации и здравоохранение, используют гибридную облачную платформу IBM и Red Hat OpenShift для быстрого, эффективного и безопасного осуществления своих цифровых преобразований.Прорывные инновации IBM в области искусственного интеллекта, квантовых вычислений, отраслевых облачных решений и бизнес-услуг предоставляют нашим клиентам открытые и гибкие возможности. Все это подкреплено легендарным стремлением IBM к доверию, прозрачности, ответственности, инклюзивности и обслуживанию.

В качестве яркого примера неумолимого развития технологий компания IBM представила новые полупроводниковые микросхемы с самыми маленькими транзисторами из когда-либо созданных. Новая 2-нанометровая (нм) технология позволяет компании втиснуть ошеломляющие 50 миллиардов транзисторов в чип размером с ноготь.

Текущим отраслевым стандартом являются чипы с 7-нм транзисторами, а некоторые потребительские устройства высокого класса, такие как процессоры Apple M1, начинают переходить на 5-нм. Экспериментальные чипы уменьшились до 2,5 нм.

Новые чипы IBM превзошли их все: теперь ширина транзисторов составляет всего 2 нанометра — для справки, это уже, чем нить ДНК человека. Это, конечно, означает, что крошечные транзисторы могут быть втиснуты в чип гораздо плотнее, чем когда-либо прежде, повышая при этом вычислительную мощность устройства и энергоэффективность. Компания утверждает, что по сравнению с текущими 7-нм чипами новые 2-нм чипы могут обеспечить на 45 % более высокую производительность и на 75 % меньшее энергопотребление.

В практическом плане IBM заявляет, что эта технология может повысить производительность всего: от бытовой электроники до распознавания объектов ИИ и времени реакции автономных транспортных средств. Кроме того, его экономия энергии может уменьшить значительный углеродный след центров обработки данных или сделать так, чтобы аккумуляторы смартфонов работали четыре дня без подзарядки.

Крупный план 2-нм кремниевой пластины, содержащей сотни отдельных чипов

Транзисторы часто используются для определения технического прогресса. Закон Мура гласит, что количество транзисторов на микросхеме удваивается примерно каждые два года. Хотя это более или менее верно с тех пор, как было предложено в 1960-х годах, в последние годы этот показатель несколько снизился.

Прошло почти четыре года с тех пор, как IBM представила свои 5-нанометровые чипы с 30 миллиардами транзисторов. Если следовать закону Мура с точностью до буквы T, мы опоздаем на два года, а на 10 миллиардов транзисторов не хватит. На самом деле IBM только сейчас удваивает число транзисторов в своих первых 7-нм чипах, представленных в 2015 году.

Изображение с помощью сканирующего электронного микроскопа отдельных транзисторов нового чипа IBM, каждый из которых имеет ширину 2 нанометра — уже, чем нить ДНК человека

Тем не менее, мы не должны преуменьшать новую разработку — 2 нм — это настоящий инженерный подвиг. Еще в 2019 году инженеры выразили обеспокоенность тем, что технологии не позволят добиться значительного прогресса на техпроцессе менее 3 нм. Исследования, проведенные многими компаниями за последние несколько лет, развеяли эти опасения.

Вероятно, мы не увидим эти 2-нм чипы в бытовой электронике не раньше 2023 года, так что пока наслаждайтесь преимуществами все еще впечатляющих 5-нм чипов.

IBM обсуждает новый технологический прорыв в видео ниже.

Когда вы пойдете на рынок, чтобы купить ноутбук или телефон, продавцы объяснят вам различные функции этих электронных устройств. Возможно, вы слышали, что у него размер процессора 7 нм или размер процессора 10 нм от них. Это отличный процессор; он потребляет меньше энергии, батарея держится дольше, а процессор быстрее того и этого. Затем в голове проносятся какие-то мысли, например, Уфф, что за хак "нм". Эта статья поможет вам понять, что такое nm в процессоре.

Что такое nm в процессоре?

нм означает нанометры. нм — это единица измерения длины в метрической системе, такая же, как метры, сантиметры, с и т. д. Она используется для выражения размеров в атомном масштабе. С технической точки зрения это называется «узел процесса» и «узел технологии». Если вы не можете сравнить или получить значение, вам будет понятно следующее сравнение показателей.

Итак,
1 нм = 0,00000001 см = одна миллиардная часть метра.

Поэтому 1 нанометр — это очень-очень мало, и мы не можем измерить его в повседневной жизни.Он используется в компании, которая использует нанометровую технологию для измерения более мелких элементов, например, для измерения расстояния между соседними транзисторами в конструкции процессора, размера транзисторов, используемых в наших телефонах, ноутбуках, планшетах и т. д.

Многие компании-производители чипсетов, такие как TSMC, Samsung, Intel и т. д., используют нанометры в качестве единиц измерения в производственных процессах. Он сообщает, как упакованы транзисторы внутри процессора.

Количество транзисторов, используемых в электронных устройствах, зависит от их использования.

Почему малый размер процессора лучше?

ЦП состоят из миллиардов транзисторов и размещены на одном чипе. Чем меньше расстояние между транзисторами в процессоре (в нм), тем больше транзисторов может поместиться на заданном пространстве. В результате расстояние, которое проходят электроны для совершения полезной работы, уменьшается. В конечном итоге это приводит к более высокой вычислительной мощности, меньшему энергопотреблению и тепловыделению, меньшему выделению тепла вокруг платы, меньшему размеру кристалла, что в конечном итоге снижает затраты и увеличивает плотность транзисторов того же размера, что приводит к большему количеству ядер на чип. Intel в настоящее время использует 10-нм или 14-нм технологию, а TSMC использует 7-нм технологию. Это литография процессора.

Обычно говоря, 7-нм процессор TSMC не имеет более компактных размеров. транзистора в заданном пространстве, поэтому они рассеивают меньше тепла, потребляют меньше энергии, имеют более высокую вычислительную мощность, чем 14-нм процессоры TSMC. Это только один из факторов, определяющих лучшие телефоны и ноутбуки. Есть и другие факторы, такие как объем ОЗУ, графического устройства, жесткого диска и т. д.

Существуют различные преимущества использования процессора для литографии с меньшим числом нм, некоторые из них объясняются точечно:

1 Более быстрый транзистор: расстояние между истоком и стоком транзистора будет меньше в
нм процессоре, а расстояние между транзисторами уменьшается, поэтому электричеству или, можно сказать, электрону приходится преодолевать меньшее расстояние для выполнения задачи.

2 транзистора с меньшей мощностью: в процессорах с меньшим числом нм транзисторы могут переключать состояние (вкл./выкл.) с меньшим энергопотреблением. Процесс с более низким нм будет более электрически эффективным. В нижнем процессоре

3 Более высокая плотность транзисторов: Имея меньшие размеры транзисторов и расстояния между транзисторами, вы можете разместить больше транзисторов на заданной площади. Возьмем двухпроцессорный процессор с одинаковым размером кристалла, и, скажем, один из них использует производственный процесс с меньшими затратами, чем другой, тогда как процессор с меньшим производственным процессом поместит в него больше транзисторов.

4 Меньшее рассеивание тепла

Закон о размере процессора | Закон Мура

Закон Мура — это просто наблюдение или предсказуемый анализ, сделанный Гордоном Муром в 1965 году, согласно которому количество транзисторов, используемых в кремниевой микросхеме, удваивается каждые два года. Таким образом, мы можем ожидать, что возможности и скорость наших электронных устройств будут увеличиваться каждые пару лет.

Согласно другому правилу закона Мура, развитие микропроцессора происходит экспоненциально. Это кажется почти следующим, как показано ниже. источник: википедия

Сегодня смартфоны, ноутбуки, игровые приставки или любые другие электронные устройства были бы невозможны, если бы этого развития не произошло.

Теперь давайте поговорим о 14 нм, 10 нм, 7 нм и других технологиях.

Эти нм являются нанометровыми значениями, и обратите внимание, что не существует универсального стандарта для расчета нанометрового значения. Разные производители процессоров считают его по-разному. Таким образом, 10-нм техпроцесс TSMC не эквивалентен 10-нм техпроцессу Intel и 10-нм Samsung.

Поскольку они различаются от компании к компании, в наши дни нм в процессоре просто становятся маркетинговым номером.

Обратите внимание, что мы сравниваем эти нм технологии на базе одной компании-производителя процессоров, скажем, Intel

Размер 14-нм процессора

Intel использует 14-нм процессор в августе 2014 г.
14-нм процессор быстрее, чем 22-нм процессор Intel.
14-нм процессор более энергоэффективен, чем 22-нм процессор Intel.
14-нм процессор выделяет меньше тепла, чем 22-нм процессор Intel.
14-нм процессор имеет большую плотность, чем 22-нм процессор Intel.
Расчетная плотность транзисторов 14-нанометрового техпроцесса Intel составляет 44,67 МТр/мм², в то время как у 22-нм процессора раньше было 16,5 МТр/мм².
14-нанометровый процессор Intel популярен на рынке и доступен в процессорах Intel 5-9-го поколения для мобильных и настольных ПК.

Размер процессора 10 нм

В 2018 году Intel использует 10-нанометровый процессор.
10 нм в процессоре быстрее, чем 14 нм.
10-нм процессор Intel более энергоэффективен, чем Intel14-нм процессор.
10-нм процессор Intel имеет большую плотность, чем 14-нм процессор Intel.
Плотность процессоров Intel, изготовленных по 10-нанометровому техпроцессу, составляет около 100 МТр/мм² (Cannon Lake)
Технология Intel 10 нм используется в массовом производстве.
10-нанометровый процессор Intel используется в Core i3-8121U и мобильных чипах Ice Lake
Intel, Samsung и TSMC являются ведущими компаниями, производящими 10-нанометровые процессоры.

Размер процессора 7 нм

Массовое производство 7-нанометровых процессоров начнется в 2018 году на заводах TSMC.
7-нм процессор AMD более энергоэффективен и имеет большую плотность, чем 10-нм процессор AMD.
7-нм процессор AMD используется в процессорах AMD Ryzen 7 3800X, AMD Ryzen 7 4700G, AMD Ryzen 7 PRO 5750G, AMD Ryzen 7 5750G
AMD Ryzen 7 5800G (во втором квартале 2021 г.).
Двумя основными брендами, производящими 7-нанометровые процессоры, в настоящее время являются TSMC и Samsung.

Размер процессора 5 нм

Intel планирует разработать 5-нанометровый процессор.
TSMC и Samsung разрабатывают 5-нанометровый техпроцесс в 2020 году.
Все они используют литографический процесс EUV (экстремальная ультрафиолетовая литография).
TSMC, Intel, Samsung, 7-нм техпроцесс. Тип пластины: Массовая.
TSMC, Intel, Samsung, размер 7-нанометровой пластины: 300 нм.

Размер процессора 3 нм

Литографический процесс 3 нанометров (3 нм) – это полупроводниковый процесс для производства узлов после узла 5 нм. Его коммерческое массовое производство начнется примерно в 2023 году.

Техпроцесс 2 нм

IBM недавно объявила о первом в мире 2-нанометровом техпроцессе. По их словам, они обеспечивают на 45 % более высокую производительность и на 75 % меньшее энергопотребление по сравнению с современным 7 нм техпроцессом.

Вывод:

Нынешний нм процесс использует электроны через кремниевые пути в транзисторе для передачи информации. Следующей эволюцией чипа может стать фотоника, в которой внутри электронов, путешествующих по кремниевым путям, крошечный пакет света (фотонов) будет двигаться и увеличивать скорость с меньшим энергопотреблением. Ученые работают над этим. Надеюсь, это будущее.

Ответ: В настоящее время ведется множество исследований и разработок. Команда из Национальной лаборатории Лоуренса в Беркли создала функциональный транзисторный затвор длиной 1 нанометр, который, по утверждению лаборатории, является самым маленьким рабочим транзистором из когда-либо созданных. Они утверждают, что, переключившись с кремния на MoS2, мы можем создать транзистор с затвором размером всего 1 нанометр и использовать его в качестве переключателя. (источник).

В настоящее время нет 1-нанометрового процессора. Создание 1-нм процесса для исследований и разработок возможно, но создание полнофункционального процессора невозможно. Создание процесса с очень малым размером нм потребует решения таких проблем, как квантовые эффекты, с которыми чрезвычайно трудно справиться.

Ответ: Все возможное нежизнеспособно. 1-нм процессоры могут быть дороже, чем 7-нм и 10-нм процессоры. Кроме того, допустимость незначительных дефектов для 1-нм процессоров может быть ниже, чем для 7-нм и 10-нм процессоров. Кроме того, могут потребоваться обширные исследования и разработки для снижения затрат и снижения допустимых отклонений.

Ответ: создание транзистора меньшего размера потребует гораздо более дорогих заводских затрат, затрат на НИОКР и т. д.

Ответ: Мы не можем опуститься ниже 1 нм, потому что тогда вам придется придумывать, как сделать транзистор из половины атома, чего мир до сих пор не может сделать.

сообщить об этом объявлении

Если вы покупаете что-то по ссылке Verge, Vox Media может получить комиссию. Ознакомьтесь с нашим заявлением об этике.

Поделиться этой историей

Поделиться всеми вариантами обмена для: Самый маленький в мире транзистор имеет длину 1 нм, к черту физику

Intel 22nm Haswell умирает

Размер транзистора – важная часть совершенствования компьютерных технологий. Чем меньше ваши транзисторы, тем больше вы можете уместить на чипе и тем быстрее и эффективнее может быть ваш процессор. Вот почему это такая большая новость, что команда из Национальной лаборатории Лоуренса в Беркли успешно построила функциональный транзисторный затвор длиной 1 нанометр, который, по утверждению лаборатории, является самым маленьким рабочим транзистором из когда-либо созданных.

В течение многих лет компьютерная индустрия подчинялась закону Мура, который гласит, что количество транзисторов в полупроводниковой схеме удваивается каждые два года. В технологиях текущего поколения используется технология масштаба 14 нм. В 2017 или 2018 году ожидается выпуск 10 нм полупроводников, таких как линейка продуктов Intel Cannonlake.

Заглядывая в будущее, закон Мура начинает сталкиваться с проблемами

Но заглядывая в будущее, закон Мура начинает сталкиваться с проблемами. И под неприятностями я подразумеваю законы физики. Видите ли, хотя 7-нанометровый узел технически возможен из кремния, после этого вы сталкиваетесь с проблемами, когда кремниевые транзисторы меньше 7 нм становятся настолько физически близкими друг к другу, что электроны испытывают квантовое туннелирование.Таким образом, вместо того, чтобы оставаться в предполагаемом логическом элементе, электроны могут непрерывно течь от одного элемента к другому, что по существу делает невозможным для транзисторов находиться в выключенном состоянии.

Суджай Десаи/Калифорнийский университет в Беркли

И хотя такие компании, как Intel, первоначально объявили, что они будут изучать другие материалы для производства полупроводников с техпроцессом 7 нм и выше, исследовательская группа лаборатории Беркли опередила их, используя углеродные нанотрубки и дисульфид молибдена (MoS_{2< /sub> ) для создания транзистора размером менее 7 нм. MoS₂ функционирует как полупроводник, а полая углеродная нанотрубка действует как ворота для управления потоком электронов.}

Исследование здесь все еще находится на очень ранней стадии

Тем не менее, исследования здесь все еще находятся на очень ранней стадии. При 14-нм техпроцессе на одном кристалле находится более миллиарда транзисторов, и команде Berkley Lab еще предстоит разработать жизнеспособный метод массового производства новых 1-нм транзисторов или даже разработать чип с их использованием. Но только как доказательство концепции результаты здесь по-прежнему важны: новые материалы могут по-прежнему обеспечивать меньшие размеры транзисторов, а вместе с этим увеличивать мощность и эффективность компьютеров будущего.

Читайте также: