Vesti

Tehnološki proces 1,6 nanometara: novi korak u evoluciji procesora

Trka za smanjenje tehnološkog procesa se nastavlja, a lideri poluprovodničke industrije spremni su da ponude neverovatne inovacije. Ako se nedavno činilo da su 5-nm i 3-nm procesori vrhunac razvoja, TSMC je već najavio skoru masovnu proizvodnju čipova na tehnološkom procesu od 1,6 nanometara. Ovo je ogroman skok napred, koji će biti moguć zahvaljujući novim arhitektonskim rešenjima i poboljšanju tranzistora.

Od 3000 nanometara do 1,6: istorija tehnološkog proboja

Da bismo razumeli razmere napretka, vredi se setiti da su prvi čipovi TSMC proizvedeni sa tehnološkim procesom od 3 mikrometra (3000 nanometara). Tokom nekoliko decenija, industrija je prevazišla granice mogućeg, zgušnjavajući tranzistore i povećavajući njihovu performansu.

Danas je prelazak na 1,6-nm tehnološki proces moguć zahvaljujući revolucionarnim promenama u strukturi tranzistora i tehnologiji napajanja.

Slični razvojni projekti se sprovode i u Intelu, gde inženjeri razvijaju sopstvene tehnologije, težeći da ponovo zauzmu vodeće pozicije u proizvodnji procesora.

Uloga tranzistora u evoluciji procesora

Svi moderni procesori sastoje se od milijardi tranzistora - sićušnih prekidača koji upravljaju električnom strujom. Tokom decenija, tranzistori su se smanjivali, ali nakon 22-nm tehnološkog procesa pojavila su se ozbiljna ograničenja:

• Efekat tuneliranja – elektroni su počeli spontano da prodiru kroz vrata.
• Smanjena upravljivost – smanjenje površine vrata pogoršavalo je kontrolu struje.

Da bi prevazišli ova ograničenja, inženjeri su prešli sa planarnih tranzistora (PlanarFET) na tehnologiju FinFET.

Pojava FinFET-a: revolucija trodimenzionalnih tranzistora

Tranzistori FinFET zamenili su ravnu strukturu tranzistora sa trodimenzionalnim perajima, što je omogućilo:

• Smanjenje curenja struje, jer su vrata okruživala kanal sa tri strane.
• Povećanje efikasnosti upravljanja, što je omogućilo smanjenje potrošnje energije.
• Gustije postavljanje tranzistora, povećavajući snagu procesora.

Međutim, čak je i ova tehnologija s vremenom dostigla svoj limit, jer visina peraja i njihova gustina ne mogu rasti beskonačno. Zato industrija sada prelazi na GAAFET – novi tip tranzistora sa prstenastim vratima.

GAAFET: nova era mikroelektronike

Tehnologija Gate-All-Around Field-Effect Transistor (GAAFET) postala je sledeći logičan korak nakon FinFET-a. Umesto izduženih peraja, inženjeri su stvorili nanoliste koji potpuno okružuju kanal sa svih strana.

Zahvaljujući potpunoj kontroli struje kroz okruženje vrata sa svih strana, GAAFET obezbeđuju još niže curenje i povećanu efikasnost.

Ova tehnologija omogućava prevazilaženje barijere od 3 nanometra i upravo će ona postati osnova budućih procesora.

Ko već razvija GAAFET?

Vodeći proizvođači poluprovodničkih tehnologija aktivno ulažu u GAAFET:

• TSMC je najavio masovnu proizvodnju GAAFET-a u okviru 1,6-nm tehnološkog procesa.
• Samsung razvija sopstvenu verziju Multi Bridge Channel FET (MBCFET), gde se koriste nanolisti umesto nanocijevi.
• Intel je predstavio svoju verziju tehnologije pod nazivom RibbonFET, koja kombinuje ideje FinFET-a i GAAFET-a.

Prvi procesori na bazi GAAFET-a trebali bi ući u masovnu proizvodnju već 2025. godine, a u 2026. godini očekuje se izdavanje komercijalnih čipova na 1,6-nm tehnološkom procesu.

Razvoj mikroelektronike nastavlja se ubrzanim tempom, a prelazak na 1,6-nm tehnološki proces otvara nove horizonte za računarske moći. U narednim godinama videćemo masovno uvođenje GAAFET-a, a za njim, možda, i još naprednija rešenja.

Tehnologija GAAFET: novi standard mikroelektronike

Sa prelaskom na GAAFET (Gate-All-Around Field-Effect Transistor) industrija poluprovodnika pravi korak u novu eru. Za razliku od FinFET-a, gde vrata okružuju kanal sa tri strane, u GAAFET-u vrata okružuju kanal sa svih četiri strane. Ovo rešava ključne probleme prethodnih generacija tranzistora:

• Minimizacija curenja struje – poboljšana kontrola provodljivosti smanjuje parazitske struje.
• Povećana energetska efikasnost – tranzistori troše manje energije pri istoj performansi.
• Pojednostavljenje skaliranja – mogućnost daljeg smanjenja dimenzija bez gubitka karakteristika.

Korišćenje GAAFET-a omogućava postizanje poboljšane ravnoteže između snage, potrošnje energije i gustine tranzistora, što je ključno za moderne računarske sisteme.

GAAFET i BSPDN: dvostruka revolucija u procesorima

Međutim, novi 1,6-nm tehnološki proces TSMC-a nije samo prelazak na GAAFET. Još jedna ključna inovacija je uvođenje tehnologije Backside Power Delivery Network (BSPDN), ili obrnute isporuke napajanja. Ovo znači premeštanje svih linija napajanja na zadnju stranu silicijumske ploče.

Zašto premeštati napajanje na zadnju stranu?

Tradicionalno, sve signalne i napojne linije bile su postavljene na jednoj strani silicijumske ploče. Međutim, kako je gustina tranzistora rasla, ova šema je stvarala poteškoće:

• Kompleksne razvodne linije ometale su smanjenje dimenzija tranzistora.
• Povećana potrošnja energije dovodila je do povećanja toplote.
• Signali su gubili stabilnost zbog visokih gustina veza.

Tehnologija BSPDN omogućava oslobađanje prednje strane silicijumske ploče od napojnih linija, što pojednostavljuje konstrukciju procesora i poboljšava efikasnost napajanja.

Kako funkcioniše BSPDN?

U tradicionalnim procesorima, napajanje i signalne linije nalaze se u jednom sloju, što povećava otpor i smanjuje stabilnost struje. BSPDN rešava ovaj problem:

• Linije napajanja se premeštaju na zadnju stranu ploče, što smanjuje otpor i gubitke energije.
• Signalni putevi ostaju na prednjoj strani, povećavajući brzinu prenosa podataka.
• Smanjuje se broj slojeva provodnika, pojednostavljujući proizvodnju i smanjujući troškove litografije.

Ovaj pristup daje procesorima na 1,6-nm tehnološkom procesu značajne prednosti:

• Smanjenje potrošnje energije za 15–20%.
• Povećanje performansi za 8–10%.
• Bolje upravljanje napajanjem zahvaljujući smanjenju otpora.

Ko razvija tehnologiju BSPDN?

Trenutno je TSMC lider u razvoju tehnologije BSPDN, ali i druge kompanije aktivno rade u ovom pravcu:

• Intel je razvio sopstvenu tehnologiju obrnute isporuke napajanja PowerVia, koja će se koristiti u budućim čipovima.
• Samsung takođe sprovodi istraživanja u ovoj oblasti, prilagođavajući BSPDN za svoje Multi Bridge Channel FET (MBCFET).

Premeštanje linija napajanja na zadnju stranu je jedna od najrevolucionarnijih promena u arhitekturi procesora u poslednjim decenijama.

Uticaj 1,6-nm tehnološkog procesa na industriju

Uvođenje 1,6-nm tehnološkog procesa i tehnologija GAAFET + BSPDN imaće ogroman uticaj na različite industrije:

✔ Veštačka inteligencija

Savremeni AI algoritmi zahtevaju ogromne računarske moći. Novi tehnološki proces će omogućiti:

• Kreiranje energetski efikasnijih AI akceleratora.
• Povećanje brzine obrade podataka bez povećanja potrošnje energije.
• Optimizaciju interakcije između neuronskih mreža i hardvera.

✔ Mobilni uređaji

Zahvaljujući poboljšanoj energetskoj efikasnosti i kompaktnim tranzistorima, budući pametni telefoni će dobiti:

• Povećano vreme autonomnog rada.
• Moćnije čipsete sa manjim zagrevanjem.
• Podršku za nove tehnologije obrade slika i AI funkcije.

✔ Data centri i superkompjuteri

Visoka gustina tranzistora i smanjenje potrošnje energije čine 1,6-nm proces idealnim za data centre:

• Smanjenje troškova hlađenja serverskih procesora.
• Povećanje računarske moći po jedinici površine.
• Ušteda energije za velike cloud provajdere.

Kada će se pojaviti prvi procesori od 1,6 nm?

Iako je TSMC već najavio masovnu proizvodnju 1,6-nm procesora, stvarni izlazak na tržište očekuje se tek do kraja 2026. godine. Razlozi za ovo kašnjenje uključuju:

• Visoka složenost proizvodnje GAAFET-a i BSPDN-a.
• Potreba za prilagođavanjem proizvodnih kapaciteta.
• Zahtevi za sertifikaciju novih poluprovodničkih tehnologija.

Prvi koji će dobiti 1,6-nm procesore verovatno će biti:

• Proizvođači AI akceleratora (NVIDIA, AMD, Google).
• Najveći provajderi cloud rešenja (AWS, Microsoft Azure, Google Cloud).
• Proizvođači mobilnih čipova (Apple, Qualcomm, MediaTek).

Šta dalje?

Nakon 1,6-nm procesora, industrija već razmatra prelazak na 1-nm i subnanometarske tehnologije. Međutim, daljnje smanjenje tehnološkog procesa zahteva nova rešenja:

• Korišćenje novih materijala, kao što su grafen i 2D materijali.
• Razvoj kvantnih tranzistora za prevazilaženje fizičkih ograničenja.
• Potraga za alternativama silicijumskoj elektronici, kao što su optički procesori.

Trka za smanjenje tehnološkog procesa se nastavlja, a 1,6-nm proces je samo početak nove faze razvoja računarskih tehnologija.

Koji izazovi stoje pred 1,6-nm tehnološkim procesom?

Uprkos impresivnim perspektivama, uvođenje 1,6-nm tehnološkog procesa povezano je sa nizom ozbiljnih tehničkih i ekonomskih izazova. Proizvodnja takvih čipova zahteva napredne tehnologije, a troškovi razvoja i prilagođavanja novog tehnološkog procesa su ogromni.

✔ Složenost litografskog procesa

Za kreiranje čipova sa 1,6-nm tranzistorima potrebne su napredne metode litografije. Danas se koristi ekstremna ultraljubičasta (EUV) litografija, ali sa smanjenjem dimenzija javljaju se sledeći izazovi:

• Potrebna je još veća preciznost pri nanošenju poluprovodničkih slojeva.
• Potrebni su novi fotoresisti, sposobni da rade sa manjim dimenzijama tranzistora.
• Povećava se procenat defekata na pločama, što smanjuje izlaz ispravnih čipova.

✔ Povećanje troškova proizvodnje

Svaka nova generacija tehnološkog procesa zahteva značajna finansijska ulaganja:

• Razvoj 1,6-nm tehnologija košta milijarde dolara.
• Potrebno je preuređenje fabrika i uvođenje novih proizvodnih linija.
• Cena gotovih čipova značajno raste zbog složenosti njihove izrade.

Očekuje se da će proizvodnja 1,6-nm čipova biti dostupna samo velikim korporacijama, koje rade u oblasti AI, serverskih tehnologija i premijum mobilnih uređaja.

✔ Toplotno zračenje i upravljanje potrošnjom energije

Sa smanjenjem dimenzija tranzistora raste njihova gustina, što dovodi do problema sa hlađenjem. Nove arhitekture, kao što je BSPDN, pomažu u rešavanju pregrevanja, ali čak ni one ne mogu potpuno eliminisati toplotne gubitke.

• Savremeni procesori emituju sve više toplote, zahtevajući nove sisteme hlađenja.
• Visoka gustina tranzistora dovodi do komplikacija u upravljanju energijom.
• Proizvođači su primorani da razvijaju nove materijale za toplotnu provodljivost.

Kada će se pojaviti prvi masovni uređaji sa 1,6-nm tehnološkim procesom?

Iako TSMC i Intel aktivno rade na 1,6-nm tehnologijama, masovna proizvodnja neće početi pre kraja 2026. godine. Očekuje se da će prvi uređaji sa novim tehnološkim procesom biti:

• Procesori za servere – čipovi za data centre, optimizovani za cloud computing.
• AI akceleratori – specijalizovani čipovi za mašinsko učenje i neuronske mreže.
• Flegšip pametni telefoni – mobilni procesori sa poboljšanom energetskom efikasnošću.
• Gejming GPU – grafički procesori sa visokim nivoom performansi.

Očekuje se da će prve kompanije koje će koristiti 1,6-nm tehnološki proces biti Apple, NVIDIA, AMD, Qualcomm i drugi lideri IT industrije.

Kako će 1,6-nm procesori uticati na budućnost tehnologija?

Prelazak na 1,6-nm tranzistore biće važan korak u razvoju računarskih tehnologija. Novi procesori će otvoriti mogućnosti za:

• Moćnije AI algoritme, koji će moći da rade u realnom vremenu.
• Kompaktne i energetski efikasne mobilne uređaje sa produženim vremenom autonomnog rada.
• Serverska rešenja, optimizovana za velike opterećenja i analizu podataka.
• Buduće 1-nm i subnanometarske tehnologije, koje će zameniti GAAFET.

Međutim, glavno pitanje je koliko brzo će industrija moći da se prilagodi takvim promenama. Visoki troškovi razvoja i proizvodnje mogu usporiti uvođenje novog standarda.

Zaključak

Razvoj procesora se ne zaustavlja, a prelazak na 1,6-nm tehnološki proces biće važna prekretnica u istoriji poluprovodničke industrije. Nove tehnologije, kao što su GAAFET i BSPDN, omogućavaju postizanje:

• Smanjenja potrošnje energije i povećanja performansi.
• Kompaktnosti čipova uz povećanu gustinu tranzistora.
• Optimizacije računarskih moći za AI i data centre.

Međutim, uvođenje ovih tehnologija povezano je sa ogromnim tehničkim i ekonomskim izazovima, koji moraju biti prevaziđeni u narednim godinama.

Trka za smanjenje tehnološkog procesa se nastavlja, a 1,6-nm procesori su samo početak nove faze u razvoju mikroelektronike.

Budućnost računanja postaje još uzbudljivija, i u narednim godinama videćemo kako će ove tehnologije promeniti tržište procesora, mobilnih uređaja i serverskih rešenja.

Pratite novosti u svetu IT-a kako ne biste propustili ključna dostignuća poluprovodničke industrije!