Компании IBM, похоже, удалось достичь того, что не удалось пока другим корпорациям — разработать процессор по 2 нм техпроцессу. И не просто разработать, а продемонстрировать тестовые образцы этих процессоров. По словам компании, «на кристалле размером примерно с ноготь удалось разместить 50 млрд транзисторов».

Несмотря на очевидный успех, в скором времени рынок не получит новые чипы — они поступят не ранее 2024 года, и то, лишь в том случае, если у IBM не возникнет непредвиденных проблем. Стоит отметить, что тестовые образцы чипов произвела не фабрика TSMC, а собственная лаборатория IBM, располагающаяся в городе Олбани, США. Образцы изготовили на 300-мм пластинах.

2 нм лучше, чем 7 нм

Несмотря на то, что 5 нм процессоры уже вовсю используются, IBM предпочла сравнивать возможности своих чипов с процессорами, изготовленными по 7 нм топологии. По словам представителей IBM, новинка на 45% производительнее при том же уровне энергопотребления. Если же производительность новых процессоров искусственно замедлить до показателей 7 нм чипов, то потребление энергии снизится на 75%.

Кстати, вернемся к упоминанию «ногтя». Журналисты издания Anandtech обратились за разъяснениями к компании, попросив дать более объективную оценку размерам чипа. Ведь ногти могут быть разными — у разных людей их площадь составляет от 50 до 250 мм².

Оказалось, что средняя площадь пластинки ногтя, по словам компании, составляет около 150 мм², так что изначальное описание соответствует действительности. В итоге получается 333 млн транзисторов на квадратный миллиметр. Ниже — сравнительная таблица:

Здесь есть одна сложность — производители чаще всего указывают пиковую плотность в определенных областях чипа. На самом деле, показатель может быть и в два раза меньше из-за проблем с энергопотреблением и возможным ростом температуры.

Сейчас IBM старается оптимизировать свои чипы, чтобы коммерческие образцы превосходили процессоры, выполненные по другим техпроцессам, по всем параметрам.

На опубликованных IBM изображениях демонстрируется трёхстековая конструкция GAA-транзистора (Gate-All-Around). Высота его ячейки составляет 75 нм, ширина — 40 нм, толщина внутренних слоёв — 5 нм. Шаг поликремниевого затвора с контактом составляет 44 нм, а длина затвора — 12 нм.

Где будут применяться 2 нм чипы?

По словам производителя, в первую очередь они будут полезны для развития технологий искусственного интеллекта, а также в периферийных вычислениях. Но пригодятся эти процессоры и во многих других сферах. Компания уже заявила, что будет использовать их в серверах IBM Power Systems и мейнфреймах Z-серии.

Также их можно применять в мобильных устройствах, благодаря чему последние станут гораздо более производительными, потребляя меньше энергии. Ноутбуки — еще одна ниша применения новинки. Правда, компания пока не дает прогнозов на автономность ни мобильных девайсов, ни ноутбуков с новыми чипами.

Само собой, сфера беспилотных автомобилей тоже может получить мощный стимул к развитию — ведь при равных показателях энергопотребления системы с новыми чипами будут более производительными.

Также 2 нм топология может использоваться для производства систем связи, индустриальных ЭВМ, компьютеров для космических исследований и многих других отраслей, включая дата-центры.

А что конкуренты?

Судя по всему, компании IBM, несмотря на все ее проблемы, удалось стать первой в разработке 2 нм техпроцесса. Этой технологии и соответствующего оборудования пока что нет ни у одной из компаний — производителей чипов, которых можно считать конкурентами.

Лидерами считаются Samsung, Qualcomm и Apple, они способны производить процессоры и другие чипы в больших объемах — как для своих нужд, так и для партнеров. Samsung производит Exynos 1080, Qualcomm – Snapdragon 888, а Apple — собственный процессор М1.

AMD отстает от лидеров рынка, поскольку компания лишь начинает разворачивать производство 7 нм Ryzen и Epyc. Корпорация Intel работает с 14 нм чипами, стараясь оперативно перейти на 10 нм техпроцесс, а позже — 7 нм. К 2029 году она планирует выйти к лимиту в 1,4 нм.

Что касается ближайших конкурентов IBM, способных производить чипы по 5 нм технологическому процессу, то это компании Samsung и тайваньская TSMC. У TSMC есть и 2 нм разработки, но пока что ни о тестовых экземплярах чипов, ни о сколь-нибудь скором их выходе на рынок разговор не идет. В следующем году компания планирует перейти на техпроцессы 3 и 4 нм.

Сейчас победителем станет тот, кто быстрее выведет 2 нм чипы, пригодные к коммерческому использованию, на рынок. Возможно, это будет и TSMC, которой ничего не мешает ускорить процесс разработки. Но велики шансы и у IBM, у которой уже есть тестовые прототипы.