Spis treści
Rozwój procesorów od lat opiera się na podobnym schemacie, w którym kolejne generacje układów mają oferować większą wydajność, niższy pobór energii i coraz większą liczbę tranzystorów upakowanych na niewielkiej powierzchni. Problem w tym, że możliwości dalszego zmniejszania elementów krzemowych nie są nieograniczone. TSMC właśnie przygotowuje się jednak do kolejnego ważnego etapu, który może znacząco wpłynąć na przyszłość procesorów wykorzystywanych w centrach danych, komputerach oraz urządzeniach mobilnych.
TSMC kończy prace nad procesem 1,6 nm
TSMC, czyli jeden z najważniejszych producentów układów scalonych na świecie zakończył rozwój oraz walidację nowego procesu technologicznego oznaczanego jako A16. Jest on określany jako technologia klasy 1,6 nm i ma stanowić kolejny krok po procesie 2 nm. Według dostępnych informacji masowa produkcja układów wykorzystujących A16 powinna rozpocząć się w czwartym kwartale 2026 roku, co jest bardzo szybkim tempem, a szczególnie jeśli weźmiemy pod uwagę, że TSMC dopiero pod koniec 2025 roku rozpoczęło masową produkcję chipów w procesie 2 nm.
Sama nazwa „1,6 nm” może być jednak nieco myląca. Nie chodzi o to, że wszystkie elementy tranzystora mają fizycznie dokładnie 1,6 nm. Współczesne nazwy procesów technologicznych są przede wszystkim oznaczeniami całych generacji technologii produkcji półprzewodników. Wraz z kolejnymi generacjami zmienia się między innymi gęstość tranzystorów, sposób dostarczania energii, konstrukcja połączeń oraz charakterystyka energetyczna układów.
W przypadku A16 TSMC stawia nie tylko na dalszą miniaturyzację. Jedną z najważniejszych zmian jest zastosowanie rozwiązania określanego jako Super Power Rail, czyli architektury, w której ścieżki odpowiedzialne za zasilanie zostają oddzielone od połączeń sygnałowych. W klasycznym podejściu oba rodzaje połączeń znajdują się po tej samej stronie układu, a w nowej konstrukcji sieć zasilająca zostaje przeniesiona na tylną stronę chipu.
TSMC wykorzystuje w tym celu również pionowe połączenia określane jako Vertical Backside Contacts. Energia może dzięki nim docierać do tranzystorów od strony tylnej, zamiast konkurować o przestrzeń z połączeniami odpowiedzialnymi za przesyłanie sygnałów. Takie podejście ma ograniczyć część problemów związanych z dostarczaniem energii oraz komunikacją wewnątrz coraz bardziej skomplikowanych procesorów.
1,6 nm ma być szybsze i oszczędniejsze
Największe znaczenie mają oczywiście rezultaty, jakie TSMC chce osiągnąć dzięki A16. W porównaniu z udoskonaloną generacją procesu 2 nm nowa technologia ma zapewnić około 8-10% wyższą wydajność obliczeniową i zachowywać przy tym możliwość ograniczenia zużycia energii o około 15-20% Producent zakłada również wzrost gęstości upakowania tranzystorów na poziomie około 8-10%. Nie są to więc zmiany, które sprowadzają się wyłącznie do zmniejszenia rozmiaru tranzystorów. Przeniesienie sieci zasilającej na tylną stronę układu jest równie istotnym elementem całej technologii. Przy coraz bardziej rozbudowanych procesorach ograniczeniem staje się bowiem nie tylko sama wydajność tranzystorów, ale również sposób dostarczania energii i przesyłania informacji pomiędzy poszczególnymi częściami chipu.
Dla rynku AI może mieć to szczególne znaczenie, ponieważ nowoczesne akceleratory sztucznej inteligencji oraz procesory stosowane w centrach danych wykonują ogromną liczbę operacji i pracują często w dużych skupiskach. Nawet kilkanaście procent niższego zapotrzebowania na energię w pojedynczym układzie może przełożyć się na bardzo duże oszczędności w całej serwerowni. Jednocześnie wyższa wydajność pozwala wykonywać więcej obliczeń bez proporcjonalnego zwiększania liczby chipów.
Najpierw AI i centra danych, później smartfony
Pierwsze układy wykonane w procesie 1,6 nm raczej nie trafią do telefonów, które użytkownicy będą mogli kupić jeszcze w tym roku. TSMC ma początkowo kierować technologię A16 przede wszystkim do najbardziej wymagających zastosowań, w tym procesorów i akceleratorów dla sztucznej inteligencji, centrów danych oraz innych systemów przeznaczonych do skomplikowanych obliczeń. Taki kierunek nie powinien być szczególnym zaskoczeniem. To właśnie sektor centrów danych jest obecnie jednym z największych motorów rozwoju rynku półprzewodników. Zapotrzebowanie na moc obliczeniową rośnie wraz z rozwojem generatywnej AI, a operatorzy centrów danych coraz większą uwagę zwracają również na zużycie energii. W takich warunkach poprawa efektywności energetycznej może być równie istotna jak sam wzrost wydajności.
Użytkownicy smartfonów będą musieli prawdopodobnie poczekać nieco dłużej. A16 powinno pojawić się w smartfonach dopiero w późniejszym terminie, gdy produkcja zostanie odpowiednio rozwinięta, a technologia stanie się bardziej dostępna dla producentów urządzeń konsumenckich. Oznacza to, że przeciętny użytkownik może przez pewien czas nie zauważyć efektów przejścia na 1,6 nm. W pierwszej kolejności korzyści odczują firmy korzystające z ogromnych centrów obliczeniowych. Dopiero później niższy pobór energii, większa wydajność i większa gęstość tranzystorów mogą być wykorzystane w smartfonach, komputerach oraz innych urządzeniach elektronicznych.
TSMC już patrzy w stronę 1,4 nm
A16 nie jest jednak końcem drogi, bowiem TSMC już pracuje nad kolejną generacją procesu technologicznego, który ma zostać sklasyfikowany jako 1,4 nm. Według obecnych planów rozwiązanie to powinno pojawić się około 2028 roku, więc tempo jest imponujące, ale jednocześnie pokazuje, jak trudne zadanie stoi przed producentami półprzewodników.
Istnieje bowiem granica, której nie można bez końca przesuwać wyłącznie poprzez zmniejszanie tranzystorów. Wraz ze zbliżaniem się do skali pojedynczych atomów coraz większego znaczenia nabierają zjawiska fizyczne, które utrudniają dalszą miniaturyzację. W przypadku hipotetycznego procesu 1 nm odległości w strukturze krzemowej stają się porównywalne ze skalą pojedynczych atomów. Jeszcze mniejsze konstrukcje mogą powodować poważne problemy z kontrolowaniem przepływu elektronów, w tym nasilający się efekt tunelowy. Nie oznacza to jednak, że po osiągnięciu określonej wartości rozwój procesorów się zatrzyma. Branża półprzewodników będzie musiała po prostu szukać innych sposobów zwiększania możliwości układów. Znaczenie mogą mieć nowe konstrukcje tranzystorów, zaawansowane systemy pakowania chipów, połączenia między poszczególnymi układami czy projektowanie całych systemów obliczeniowych.
TSMC stoi więc przed zadaniem nieco bardziej skomplikowanym niż zwykłe „zmniejszenie procesu”. Firma musi jednocześnie zwiększać wydajność, ograniczać zużycie energii, poprawiać sposób komunikacji wewnątrz chipów i utrzymywać opłacalność produkcji. A16 pokazuje, że kolejne generacje procesorów mogą rozwijać się nie tylko dzięki coraz mniejszym tranzystorom, ale również dzięki zmianom w sposobie budowania całego układu.
Na efekty tej technologicznej wyścigu trzeba będzie jednak poczekać. Dla branży AI i centrów danych 1,6 nm może okazać się bardzo istotnym krokiem już w 2026 roku. W przypadku smartfonów sytuacja będzie bardziej zachowawcza i zanim nowa technologia trafi do masowo sprzedawanych urządzeń musi przejść jeszcze drogę od najbardziej wymagających zastosowań do produktów konsumenckich. Pewnym jest natomiast, że TSMC nie zamierza na tym etapie zwalniać, a granica 1,4 nm jest już wpisana w technologiczny kalendarz firmy.
Źródło: PhoneArena
Chcesz być na bieżąco? Śledź ROOTBLOG w Google News!