IBM vždy patřilo mezi špičku v oboru výzkumu nových technologií a prokázalo to i tentokrát. IBM totiž představilo světově první 5nm čip, na jehož vývoji spolupracoval i s inženýry ze Samsungu a Globalfoundries. K výrobě nového 5nm čipu bylo zapotřebí jak nového typu tranzistoru, tak i samotného procesu výroby, který je ale ve výsledku levnější než v případě stávajících čipů. Lze tak očekávat, že čipy budou i nadále pokračovat v rámci Moorova zákona a budou tak rychlejší, úspornější a hlavně levnější.
Zatímco na trhu už jsou k dispozici první čipy vyrobené 10nm technologií FinFET, výrobci už se připravují na další generace, které přinesou 7nm, 5nm, 3nm či dokonce 2nm čipy. Například TSMC nedávno oznámilo, že už plánuje výstavby dalších generací továren, které budou určené pro výrobu 5nm a 3nm čipů.
Prvním skutečným 5nm čipem se ale pochlubilo právě IBM, stejně tak s novou technologií výroby, která je pro tyto nové čipy nutností.
Nové tranzistory GaaFET a EUV litografie
Současné výkonné čipy používají tranzistory typu FinFET, které mají trojrozměrnou strukturu. V případě nových 5nm čipů ale IBM použilo strukturu typu GAA (Gate-all-Around), která u těchto vyvinutých GaaFET tranzistorů nově zahrnuje trojici křemíkových nanovláken.
Tato tři křemíková nanovlákna jsou umístěná mezi emitorem a kolektorem, přičemž kontrolní hradlo vyplňuje celý prostor v mezeře, jak je možné vidět na obrázku. Díky tomu je k dispozici dostatek materiálu, který slouží pro přenos elektronů a zvyšuje tak stabilitu tranzistoru – minimalizuje úniky (zahřívání čipu), které už jsou v případě FinFET a hranice kolem 7 nm poměrně kritické.
Na snímku lze vidět jednotlivé tranzistory, které zahrnují trojici nanovláken mezi kolektorem a emitorem, vyplněná mezera je kontrolní hradlo (IBM)
GaaFET tranzistory jsou díky této struktuře navíc připravené pro další zmenšování, právě na zmíněné úrovně v oblasti 3 nm a 2 nm, které už jsou rovněž ve vývoji a lze je očekávat kolem roku 2020 až 2022.
Příprava waferů pro 5nm čipy (IBM)
Pokud jde o samotnou výrobu čipů, používá se stále křemík v kombinaci se slitinou křemíku a germania (SiGe) a High-κ dialektrikem. Proces litografie už spoléhá na mnohem přesnější EUV (Extreme ultraviolet lithography) s vlnovou délkou 13,5 nm. Díky EUV litografii je možné zjednodušit výrobní proces (ve srovnání se současnou generací) a tím pádem snížit počet chyb, snížit cenu a zlepšit další aspekty.
Výkonnější a úspornější čipy
Technologické pozadí asi většinu lidí nezajímá, naopak je pro ně důležitější konečný výsledek, který tyto čipy poskytnou. IBM prezentované 5nm čipy porovnal se současnou špičkou v podobě 10nm čipů a dle informací je možné dosáhnout až o 40 % většího výkonu se stejnou spotřebou.
Pro mobilní nasazení je ale jistě důležitější údaj, že při srovnatelném výkonu se současnými 10nm čipy lze dosáhnout o 75 % nižší spotřeby. A to už je opravdu velký rozdíl, který se podepíše na tom, jak dlouho vám vydrží mobilní telefon, chytré hodinky nebo notebook.
Zajímavé je také množství tranzistorů, které s takovou velikostí bude možné do čipu o „velikosti nehtu“ dostat. Zatímco před dvěma lety to s 7nm technologií bylo přibližně 20 miliard tranzistorů, s 5nm výrobním procesem to na stejné ploše je už asi 30 miliard tranzistorů.
