• Wed. Oct 20th, 2021

IBM’s nieuwe chiptechnologie een stap richting Chips van de volgende generatie

May 12, 2021

Het moderne leven hangt steeds meer af van hoe vakkundig we elektronen door de doolhoven op nanoschaal verplaatsen die op computerchips zijn geëtst. Deze processors zijn niet alleen meer voor laptops: ze worden gebruikt in je auto, je thermostaat, je koelkast en magnetron. En de pandemie heeft onthuld hoe diep onze afhankelijkheid loopt. Een wereldwijd tekort aan computerchips, veroorzaakt door schommelende vraagstukken en problemen met de toeleveringsketen, kabbelt momenteel natuurlijk door fabrikanten van apparaten.

Het is duidelijk dat we verslaafd zijn

Het is dus misschien geen verrassing dat wanneer bedrijven betere, snellere en efficiëntere computerchips aankondigen, de wereld dit opmerkt. Deze week was het de beurt aan IBM om de krantenkoppen te halen. Het bedrijf, ooit synoniem voor alles wat met computers te maken had , kondigde aan dat het voor het eerst een chipproductieproces van 2 nanometer (nm) heeft gedemonstreerd.

In een persbericht zei IBM dat het nieuwe proces zo’n 50 miljard transistors zou opleveren op een chip ter grootte van een vingernagel. Het zou ook chips opleveren die 75 procent efficiënter of 45 procent sneller zijn dan de huidige 7-nm-chips.

Op het eerste gezicht lijkt het erop dat IBM gewoon ver vooruit is gesprongen in de race van topchiptechnologie. Intel’s nieuwste chips gebruiken een 10-nm-proces en TSMC’s gebruiken een 7-nm-proces. En het bedrijf heeft hier heel coole en opmerkelijke vooruitgang geboekt. Maar het vergelijken van fiches is ingewikkeld. Het is dus de moeite waard om het nieuws wat meer te ontleden om het grotere plaatje beter te begrijpen.

Nanometer tot nanometer

Vooruitgang in computerchips wordt al lang gemeten in stappen van nanometergrootte. Elke stap omlaag levert steeds meer componenten op – met name transistors – verpakt in hetzelfde gebied. En er was een tijd, in de afgelopen decennia, dat de nomenclatuur van de nanometer inderdaad overeenkwam met de grootte van bepaalde chipelementen. Maar die tijd is verstreken. Naarmate de chiptechnologie vorderde, werden de metingen van chipcomponenten losgekoppeld van de naamgevingsconventie van elke generatie.

Tegen de tijd dat chips de laatste grote sprong maakten naar FinFET – een 3D-transistorontwerp in de vorm van een vin – iets meer dan tien jaar geleden, was het knooppuntnummer van de industrie vrijwel zinloos. Het had geen betrekking op enige dimensie op de chip. Er is momenteel een discussie over welk nieuw nummer, of welke combinatie van cijfers, de vooruitgang beter weergeeft. En hoewel ook dit nogal gecompliceerd blijkt, stellen een spec-experts voor dat de transistordichtheid per vierkante millimeter is.

Om te zien hoe de oude naamgevingsconventie verwarrend is, vergelijkt u Intel’s 10-nm-chips met TSMC’s 7-nm-chips. De twee hebben eigenlijk ongeveer gelijkwaardige transistordichtheden, waarbij Intel’s 100 miljoen transistors per vierkante millimeter eigenlijk TSMC’s 91 miljoen per vierkante millimeter uitdoven. ( Ga hierheen voor een handige tabel waarin de procesgrootte en transistordichtheid van chips worden vergeleken.)

IBM heeft de transistordichtheid niet expliciet aangekondigd. Maar in een publicatie berekende AnandTech dat het nieuwe proces van IBM ongeveer 333 miljoen transistors per vierkante millimeter zou opleveren. Wat inderdaad alles in productie te boven gaat. Dat gezegd hebbende, een 3-nm-chip die TSMC aan het maken is voor Apple, zou kunnen bogen op bijna 300 miljoen transistors per vierkante millimeter en al volgend jaar in productie gaan.

Nanobladen: de volgende stap in de wet van Moore?

Misschien wel het belangrijkste nieuws is het ontwerp van de transistors zelf. IBM’s nieuwe technologie – nanosheet of gate-all-around transistors genoemd – is de langverwachte opvolger van de huidige FinFET-transistors. Het bedrijf werkt sinds 2017 aan de technologie.

FinFET-transistors bestaan ​​uit een vinvormig kanaal dat aan drie zijden is omgeven door een ‘poort’ die de elektronenstroom regelt. Maar IBM’s nanosheet (of gate-all-around) transistors hebben in plaats daarvan een gelaagd kanaal. De lagen zijn op elkaar gestapeld en worden als drie varkens-in-een-deken aan alle kanten omgeven door het hek . Dit laatste stukje is het meest kritische stuk. Gate-all-around transistors zorgen voor een betere regeling van de stroom door het kanaal, voorkomen lekkage en verhogen de efficiëntie.

“Het is een enorm opwindende technologie”, vertelde Jesús del Alamo, een professor aan het MIT die gespecialiseerd is in nieuwe transistortechnologieën, aan Wired . “Het is een volledig nieuw ontwerp dat de roadmap voor de toekomst vooruit helpt.” En hoewel IBM misschien wel de eerste is die op dit niveau met de technologie pronkt, zullen ze waarschijnlijk niet de laatste zijn. Samsung en TSMC zullen waarschijnlijk volgen.

Het is te vroeg om serieuze prestatievergelijkingen te maken tussen de huidige productiechips en toekomstige chips met de nieuwe transistors van IBM, maar het is veilig om te zeggen dat ze opmerkelijke verbeteringen zullen bieden. Dan Hutcheson, CEO van analysebedrijf VLSI Research, vertelde dat de geschatte prestatieverbeteringen van Wired IBM eigenlijk conservatief leken en noemde het werk een ‘mijlpaal voor de industrie’.

Chips van de volgende generatie

Wanneer zou je een apparaat met een van deze chips kunnen kopen? Waarschijnlijk een tijdje niet.

Hoewel IBM nog steeds chips ontwerpt, heeft het zijn chipfabrikant in 2014 verkocht. Deze nieuwe technologie komt uit zijn onderzoeksfaciliteit in Albany, New York en is een demonstrator, geen chip die klaar is voor productie. In de komende jaren zal IBM het proces afronden, waarna het mogelijk zijn weg vindt naar productiechips door middel van licentieovereenkomsten met partners als Intel en Samsung.

De industrie zal in de tussentijd waarschijnlijk niet stilstaan. Er is momenteel een soort renaissance in de chipindustrie.

Er is energie en innovatie die de sector nieuw leven inblaast en een Cambrische explosie van bizarre ontwerpen voor speciale doeleinden , zoals AI, teweegbrengt. En veel ervan vindt plaats buiten grote bedrijven.

Voor het eerst sinds jaren stroomt durfkapitaal in startups – alleen al in 2020 ging meer dan $ 12 miljard naar meer dan 400 chipbedrijven. Dus zelfs temidden van de droogte van dit jaar lijkt het erop dat de moesson zich aan het verzamelen is.

Nanosheet-transistors vervaardigd met behulp van het nieuwe 2-nanometerproces van IBM. Afbeelding: IBM