IBM ska ställa transistorer på högkant: ”Helt otroligt”

2021-12-28 06:00  
En VTFET-skiva från IBM och Samsung. Foto: IBM

IBM har kommit på hur man ska få Moores lag att leva ett tag till: genom att ställa transistorer på högkant. ”Ett jättesteg framåt”, säger Per Stenström, professor vid avdelningen för datorteknik på Chalmers.

Det må råda en global brist på halvledarkomponenter, men det saknas inte ambitiösa planer för att upprätthålla Moores lag. Nu ska IBM och Samsung anamma nya metoder för att bygga processorer, och de båda giganterna har nyligen beskrivit kommande teknik i mer detalj.

Här är det vi vet om IBM:s och Samsungs VTFET-chip

Vad står VTFET för? 

FET står för fälteffekttransistor, som sedan 60-talet använts i allt från förstärkare till logiska kretsar. Det mest utbredda och kända exemplet är mosFET, som har fått sitt namn efter lagret med metalloxid (metal oxide semiconductor) som används i dem. 

VT står för vertikal transport. Med sådan design ställs transistorer på högkant och strömmen genom kretsen flödar vertikalt.

Foto: IBM

Vad sägs vara fördelarna med VTFET? 

Transistorer är numera så små att fysikens lagar börjar sätta stopp för att få in fler av dem på en given yta. Och att öka storleken på de kiselbrickor på vilka transistorerna etsas är inte heller någon framkomlig väg. 

– Ju större kiselbrickan är, desto färre exemplar kommer i slutändan att fungera. Man brukar tala om yield, alltså andelen fabricerade kretsar som fungerar. Och då har man funnit att om man lägger sig på någon kvadratcentimeter så får man en hög yield, säger Per Stenström.

Per Stenström, professor Chalmers. Foto: Anna-Lena Lundqvist

Så varför inte bygga på höjden? Med VTFET flödar strömmen vertikalt och designen sägs avlägsna en del av de hinder som plan arkitektur medför. Inte minst kan transistorer packas tätare än vad som är möjligt med traditionella metoder. 

– Det där är ju väldigt trevligt. En transistor är ganska lång men också ganska smal. Sätter man dem då vertikalt kan man pressa in betydligt fler transistorer på en kiselbricka, säger Per Stenström.

Läs mer: Nya materialet ger snabbare och mindre laddare

En transistorlängd på 5 nanometer tycks utgöra ett slags gräns för rådande horisontell arkitektur. 

– Men 5 nanometer på höjden är inget problem. Det påverkar inte yielden. Vänder du transistorn så att den pekar uppåt istället för att ligga ner, ja, då kan du genast pressa in betydligt fler transistorer på chipet, säger Per Stenström. 

Enligt IBM kommer det här att öka prestandan och höja energieffektiviteten. 

Hur mycket då? 

Det ska gå att antingen dubblera prestandan eller minska energiåtgången med 85 procent. Åtminstone jämfört med finFET, den typ av transistor som varit på modet under det senaste årtiondet.

Läs mer: Med det här chipet vill Alibaba utmana AWS

IBM och Samsung uppger att chip designade med den här arkitekturen kan ge smarttelefoner med en veckas batteritid, mindre energikrävande kryptoutvinning och mer kraftfulla iot-enheter. 

Varför har inte halvledartillverkarna gjort det här tidigare? 

Per Stenström tror ”att det är först nu man börjat ge upp” hoppet om att få ut mer prestanda på traditionellt vis. 

– Det blir svårare och svårare att krympa längden på transistorn. Och kan man inte göra det, då är det ju game over i någon mening. Då kommer man inte att kunna snabba upp datorerna på det traditionella sättet. Man kan förstås bygga applikationsspecifika acceleratorer, men vi behöver fortfarande generella datorer. 

Har inte Intel också planer på att bygga på höjden? 

Jo, det har de. Deras ambition är att kunna stapla CMOS-transistorer på varandra. Både IBM och Intel har dessutom fortfarande lite kvar att ge när det gäller att bygga plana kretsar. Intel skriver att företaget är på väg in i ”ångström-eran med ny forskning som visar hur nya material bara ett par atomer tjocka kan användas för att göra transistorer som tar sig förbi hindren konventionella kiselkanaler utgör”.

Läs mer: Genombrott för 1 nm-chip – men TSMC tonar ner framstegen

IBM å sin sida visade i våras att man lyckats få plats med 50 miljarder transistorer på en yta stor som en tumnagel. 

Så ryktet om Moores lags död är betydligt överdrivet? 

Ett tag till åtminstone. Per Stenström tror att den nu borde kunna fortsätta gälla till 2030-talet. 

– Många, inklusive jag själv, trodde att vi skulle springa in i väggen tidigare, men det är helt otroligt hur människor ständigt lyckas ta bort barriärer och flytta sig framåt. Det här är ett jättesteg framåt. Frågan är bara hur länge vi kommer att kunna komma på sådana här trick. 

Peter Ottsjö

Mer om: Transistor IBM

Kommentarer

Välkommen att säga din mening på Ny Teknik.

Principen för våra regler är enkel: visa respekt för de personer vi skriver om och andra läsare som kommenterar artiklarna. Alla kommentarer modereras efter publiceringen av Ny Teknik eller av oss anlitad personal.

  Kommentarer

Debatt