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.
2нм лучше, чем 7 нм
Несмотря на то, что 5нм 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:
| Peak Quoted Transistor Densities (MTr/mm2) | ||||
| AnandTech | IBM | TSMC | Intel | Samsung |
| 22nm | 16.50 | |||
| 16nm/14nm | 28.88 | 44.67 | 33.32 | |
| 10nm | 52.51 | 100.76 | 51.82 | |
| 7nm | 91.20 | 237.18* | 95.08 | |
| 5nm | 171.30 | |||
| 3nm | 292.21* | |||
| 2nm | 333.33 | |||
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 экземлярах 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.
