Вести

Технолошки процес 1,6 нанометара: нови корак у еволуцији процесора

Трка за смањење технолошког процеса се наставља, а лидери полупроводничке индустрије спремни су да понуде невероватне иновације. Ако се недавно чинило да су 5-нм и 3-нм процесори врхунац развоја, TSMC је већ најавио скору масовну производњу чипова на технолошком процесу од 1,6 нанометара. Ово је огроман скок напред, који ће бити могућ захваљујући новим архитектонским решењима и побољшању транзистора.

Од 3000 нанометара до 1,6: историја технолошког пробоја

Да бисмо разумели размере напретка, вреди се сетити да су први чипови TSMC произведени са технолошким процесом од 3 микрометра (3000 нанометара). Током неколико деценија, индустрија је превазишла границе могућег, згушњавајући транзисторе и повећавајући њихову перформансу.

Данас је прелазак на 1,6-нм технолошки процес могућ захваљујући револуционарним променама у структури транзистора и технологији напајања.

Слични развојни пројекти се спроводе и у Intelu, где инжењери развијају сопствене технологије, тежећи да поново заузму водеће позиције у производњи процесора.

Улога транзистора у еволуцији процесора

Сви модерни процесори састоје се од милијарди транзистора - сићушних прекидача који управљају електричном струјом. Током деценија, транзистори су се смањивали, али након 22-нм технолошког процеса појавила су се озбиљна ограничења:

• Ефекат тунелирања – електрони су почели спонтано да продиру кроз врата.
• Смањена управљивост – смањење површине врата погоршавало је контролу струје.

Да би превазишли ова ограничења, инжењери су прешли са планарних транзистора (PlanarFET) на технологију FinFET.

Појава FinFET-а: револуција тродимензионалних транзистора

Транзистори FinFET заменили су равну структуру транзистора са тродимензионалним перајима, што је омогућило:

• Смањење цурења струје, јер су врата окруживала канал са три стране.
• Повећање ефикасности управљања, што је омогућило смањење потрошње енергије.
• Гушће постављање транзистора, повећавајући снагу процесора.

Међутим, чак је и ова технологија с временом достигла свој лимит, јер висина пераја и њихова густина не могу расти бесконачно. Зато индустрија сада прелази на GAAFET – нови тип транзистора са прстенастим вратима.

GAAFET: нова ера микроелектронике

Технологија Gate-All-Around Field-Effect Transistor (GAAFET) постала је следећи логичан корак након FinFET-а. Уместо издужених пераја, инжењери су створили нанолисте који потпуно окружују канал са свих страна.

Захваљујући потпуној контроли струје кроз окружење врата са свих страна, GAAFET обезбеђују још ниже цурење и повећану ефикасност.

Ова технологија омогућава превазилажење баријере од 3 нанометра и управо ће она постати основа будућих процесора.

Ко већ развија GAAFET?

Водећи произвођачи полупроводничких технологија активно улажу у GAAFET:

• TSMC је најавио масовну производњу GAAFET-а у оквиру 1,6-нм технолошког процеса.
• Samsung развија сопствену верзију Multi Bridge Channel FET (MBCFET), где се користе нанолисти уместо наночеви.
• Intel је представио своју верзију технологије под називом RibbonFET, која комбинује идеје FinFET-а и GAAFET-а.

Први процесори на бази GAAFET-а требали би ући у масовну производњу већ 2025. године, а у 2026. години очекује се издавање комерцијалних чипова на 1,6-нм технолошком процесу.

Развој микроелектронике наставља се убрзаним темпом, а прелазак на 1,6-нм технолошки процес отвара нове хоризонте за рачунарске моћи. У наредним годинама видећемо масовно увођење GAAFET-а, а за њим, можда, и још напреднија решења.

Технологија GAAFET: нови стандард микроелектронике

Са преласком на GAAFET (Gate-All-Around Field-Effect Transistor) индустрија полупроводника прави корак у нову еру. За разлику од FinFET-а, где врата окружују канал са три стране, у GAAFET-у врата окружују канал са свих четири стране. Ово решава кључне проблеме претходних генерација транзистора:

• Минимизација цурења струје – побољшана контрола проводљивости смањује паразитске струје.
• Повећана енергетска ефикасност – транзистори троше мање енергије при истој перформанси.
• Поједностављење скалирања – могућност даљег смањења димензија без губитка карактеристика.

Коришћење GAAFET-а омогућава постизање побољшане равнотеже између снаге, потрошње енергије и густине транзистора, што је кључно за модерне рачунарске системе.

GAAFET и BSPDN: двострука револуција у процесорима

Међутим, нови 1,6-нм технолошки процес TSMC-а није само прелазак на GAAFET. Још једна кључна иновација је увођење технологије Backside Power Delivery Network (BSPDN), или обрнуте испоруке напајања. Ово значи премештање свих линија напајања на задњу страну силицијумске плоче.

Зашто премештати напајање на задњу страну?

Традиционално, све сигналне и напојне линије биле су постављене на једној страни силицијумске плоче. Међутим, како је густина транзистора расла, ова шема је стварала потешкоће:

• Комплексне разводне линије ометале су смањење димензија транзистора.
• Повећана потрошња енергије доводила је до повећања топлоте.
• Сигнали су губили стабилност због високих густина веза.

Технологија BSPDN омогућава ослобађање предње стране силицијумске плоче од напојних линија, што поједностављује конструкцију процесора и побољшава ефикасност напајања.

Како функционише BSPDN?

У традиционалним процесорима, напајање и сигналне линије налазе се у једном слоју, што повећава отпор и смањује стабилност струје. BSPDN решава овај проблем:

• Линије напајања се премештају на задњу страну плоче, што смањује отпор и губитке енергије.
• Сигнални путеви остају на предњој страни, повећавајући брзину преноса података.
• Смањује се број слојева проводника, поједностављујући производњу и смањујући трошкове литографије.

Овај приступ даје процесорима на 1,6-нм технолошком процесу значајне предности:

• Смањење потрошње енергије за 15–20%.
• Повећање перформанси за 8–10%.
• Боље управљање напајањем захваљујући смањењу отпора.

Ко развија технологију BSPDN?

Тренутно је TSMC лидер у развоју технологије BSPDN, али и друге компаније активно раде у овом правцу:

• Intel је развио сопствену технологију обрнуте испоруке напајања PowerVia, која ће се користити у будућим чиповима.
• Samsung такође спроводи истраживања у овој области, прилагођавајући BSPDN за своје Multi Bridge Channel FET (MBCFET).

Премештање линија напајања на задњу страну је једна од најреволуционарнијих промена у архитектури процесора у последњим деценијама.

Утицај 1,6-нм технолошког процеса на индустрију

Увођење 1,6-нм технолошког процеса и технологија GAAFET + BSPDN имаће огроман утицај на различите индустрије:

✔ Вештачка интелигенција

Савремени AI алгоритми захтевају огромне рачунарске моћи. Нови технолошки процес ће омогућити:

• Креирање енергетски ефикаснијих AI акцелератора.
• Повећање брзине обраде података без повећања потрошње енергије.
• Оптимизацију интеракције између неуронских мрежа и хардвера.

✔ Мобилни уређаји

Захваљујући побољшаној енергетској ефикасности и компактним транзисторима, будући паметни телефони ће добити:

• Повећано време аутономног рада.
• Моћније чипсете са мањим загревањем.
• Подршку за нове технологије обраде слика и AI функције.

✔ Дата центри и суперкомпјутери

Висока густина транзистора и смањење потрошње енергије чине 1,6-нм процес идеалним за дата центре:

• Смањење трошкова хлађења серверских процесора.
• Повећање рачунарске моћи по јединици површине.
• Уштеда енергије за велике cloud провајдере.

Када ће се појавити први процесори од 1,6 нм?

Иако је TSMC већ најавио масовну производњу 1,6-нм процесора, стварни излазак на тржиште очекује се тек до краја 2026. године. Разлози за ово кашњење укључују:

• Висока сложеност производње GAAFET-а и BSPDN-а.
• Потреба за прилагођавањем производних капацитета.
• Захтеви за сертификацију нових полупроводничких технологија.

Први који ће добити 1,6-нм процесоре вероватно ће бити:

• Произвођачи AI акцелератора (NVIDIA, AMD, Google).
• Највећи провајдери cloud решења (AWS, Microsoft Azure, Google Cloud).
• Произвођачи мобилних чипова (Apple, Qualcomm, MediaTek).

Шта даље?

Након 1,6-нм процесора, индустрија већ разматра прелазак на 1-нм и субнанометарске технологије. Међутим, даљње смањење технолошког процеса захтева нова решења:

• Коришћење нових материјала, као што су графен и 2D материјали.
• Развој квантних транзистора за превазилажење физичких ограничења.
• Потрага за алтернативама силицијумској електроници, као што су оптички процесори.

Трка за смањење технолошког процеса се наставља, а 1,6-нм процес је само почетак нове фазе развоја рачунарских технологија.

Који изазови стоје пред 1,6-нм технолошким процесом?

Упркос импресивним перспективама, увођење 1,6-нм технолошког процеса повезано је са низом озбиљних техничких и економских изазова. Производња таквих чипова захтева напредне технологије, а трошкови развоја и прилагођавања новог технолошког процеса су огромни.

✔ Сложеност литографског процеса

За креирање чипова са 1,6-нм транзисторима потребне су напредне методе литографије. Данас се користи екстремна ултравиолетна (EUV) литографија, али са смањењем димензија јављају се следећи изазови:

• Потребна је још већа прецизност при наношењу полупроводничких слојева.
• Потребни су нови фоторезисти, способни да раде са мањим димензијама транзистора.
• Повећава се проценат дефеката на плочама, што смањује излаз исправних чипова.

✔ Повећање трошкова производње

Свака нова генерација технолошког процеса захтева значајна финансијска улагања:

• Развој 1,6-нм технологија кошта милијарде долара.
• Потребно је преуређење фабрика и увођење нових производних линија.
• Цена готових чипова значајно расте због сложености њихове израде.

Очекује се да ће производња 1,6-нм чипова бити доступна само великим корпорацијама, које раде у области AI, серверских технологија и премијум мобилних уређаја.

✔ Топлотно зрачење и управљање потрошњом енергије

Са смањењем димензија транзистора расте њихова густина, што доводи до проблема са хлађењем. Нове архитектуре, као што је BSPDN, помажу у решавању прегревања, али чак ни оне не могу потпуно елиминисати топлотне губитке.

• Савремени процесори емитују све више топлоте, захтевајући нове системе хлађења.
• Висока густина транзистора доводи до компликација у управљању енергијом.
• Произвођачи су приморани да развијају нове материјале за топлотну проводљивост.

Када ће се појавити први масовни уређаји са 1,6-нм технолошким процесом?

Иако TSMC и Intel активно раде на 1,6-нм технологијама, масовна производња неће почети пре краја 2026. године. Очекује се да ће први уређаји са новим технолошким процесом бити:

• Процесори за сервере – чипови за дата центре, оптимизовани за cloud computing.
• AI акцелератори – специјализовани чипови за машинско учење и неуронске мреже.
• Флегшип паметни телефони – мобилни процесори са побољшаном енергетском ефикасношћу.
• Гејминг GPU – графички процесори са високим нивоом перформанси.

Очекује се да ће прве компаније које ће користити 1,6-нм технолошки процес бити Apple, NVIDIA, AMD, Qualcomm и други лидери IT индустрије.

Како ће 1,6-нм процесори утицати на будућност технологија?

Прелазак на 1,6-нм транзисторе биће важан корак у развоју рачунарских технологија. Нови процесори ће отворити могућности за:

• Моћније AI алгоритме, који ће моћи да раде у реалном времену.
• Компактне и енергетски ефикасне мобилне уређаје са продуженим временом аутономног рада.
• Серверска решења, оптимизована за велике оптерећења и анализу података.
• Будуће 1-нм и субнанометарске технологије, које ће заменити GAAFET.

Међутим, главно питање је колико брзо ће индустрија моћи да се прилагоди таквим променама. Високи трошкови развоја и производње могу успорити увођење новог стандарда.

Закључак

Развој процесора се не зауставља, а прелазак на 1,6-нм технолошки процес биће важна прекретница у историји полупроводничке индустрије. Нове технологије, као што су GAAFET и BSPDN, омогућавају постизање:

• Смањења потрошње енергије и повећања перформанси.
• Компактности чипова уз повећану густину транзистора.
• Оптимизације рачунарских моћи за AI и дата центре.

Међутим, увођење ових технологија повезано је са огромним техничким и економским изазовима, који морају бити превазиђени у наредним годинама.

Трка за смањење технолошког процеса се наставља, а 1,6-нм процесори су само почетак нове фазе у развоју микроелектронике.

Будућност рачунања постаје још узбудљивија, и у наредним годинама видећемо како ће ове технологије променити тржиште процесора, мобилних уређаја и серверских решења.

Пратите новости у свету IT-а како не бисте пропустили кључна достигнућа полупроводничке индустрије!