IBM вместе со своими партнерами по проекту Research Alliance — компаниями Globalfoundries и Samsung, а также поставщиками оборудования разработала первый в отрасли техпроцесс для изготовления транзисторов с нанослоями кремния. Как сообщается, эти транзисторы позволят выпускать 5-нанометровые микросхемы. Отметим, что около двух лет назад IBM представила первые в отрасли 7-нм микросхемы, а Samsung с большой вероятностью начнет отгрузку 7-нм чипов в следующем году. Вместе с тем, нынешний анонс представляется еще более важным достижением в области полупроводникового производства.
Сегодня канал FinFET транзистора под затвором представляет собой монолитную вертикальную конструкцию «плавник». В новом 5-нанометровом транзисторе, разработанном участниками Research Alliance, канал со всех сторон окружен затвором — данная структура носит название gate-all-around FET (GAAFET). В ней каналы выполнены как нанопровода. Говоря точнее, они сформированы из трех горизонтальных кремниевых «нанолистов». Это и есть главная особенность новых транзисторов.
IBM отмечает, что транзисторы FinFET, возможно, удастся уменьшить до 5 нм, но дальнейшее повышение производительности за счет уменьшения технологических норм едва ли будет возможно – при столь тонких нормах миниатюрные «плавники» транзисторов не смогут проводить достаточно тока. Архитектура GAAFET в некотором роде является гораздо проще, чем FinFET, и как отмечает FinFET, обеспечивает возможность уменьшения технологических норм ниже 3 нм.
Сравнивая собственную технологию для производства 5-нм микросхем с наиболее передовым на сегодняшний день 10-нм техпроцессом, IBM говорит о 40% приросте производительности при аналогичном уровне энергопотребления или снижении энергопотребления на 75% при том же уровне производительности. По сравнению с упомянутой выше 7-нанометровой технологией количество транзисторов на единицу площади увеличивается на 50%.
Представитель Globalfoundries подтвердил, что после коммерциализации 7-нанометрового техпроцесса в 2018 году компания планирует приступить к освоению нормы 5 нм и менее. То есть, выпуск 5-нанометровых микросхем – дело близкого будущего. Используемый здесь новый технологический процесс литографии в жестком ультрафиолетовом диапазоне (EUV) позволяет корректировать ширину «нанолистов» в конструкции однокристальной платформы. То есть, на одном производстве можно будет выпускать производительный и энергоэффективный варианты одной микросхемы.