IMEC: кремниевые чипы не сдаются — 0.2 нм и ниже к 2046 году

Закон Мура, который более 50 лет определял развитие полупроводниковой индустрии, в последние десятилетия часто объявляют «мёртвым», предрекая скорое достижение физических пределов миниатюризации. Однако в бельгийском исследовательском центре IMEC (imec) придерживаются гораздо более оптимистичного взгляда на будущее кремниевых технологий. Опубликованная ими дорожная карта предполагает, что эволюция традиционных чипов продолжится ещё как минимум два десятилетия, а к 2046 году станет возможным освоение техпроцессов с нормами менее 0,2 нм.

Согласно планам IMEC, в 2018 году отрасль освоила 7-нм техпроцесс (N7). Технологии вплоть до 3 нм (N3) реализовывались с использованием FinFET-транзисторов. Переломный момент наступил в прошлом году с внедрением 2-нм узла (N2), где начался переход на транзисторы с затвором со всех сторон (GAA), выполненные по технологии NanoSheets. Ожидается, что эта архитектура прослужит вплоть до уровней A14 (1,4 нм) и A10 (1,0 нм), то есть примерно до 2031 года.

К 2034 году, по прогнозам, отрасль выйдет на рубеж 0,7 нм (A7). Здесь возможностей GAA-транзисторов станет недостаточно, и на смену им придут комплементарные полевые транзисторы (CFET). Эта структура предполагает вертикальное размещение n- и p-канальных транзисторов друг над другом, что теоретически позволяет вдвое сократить занимаемую площадь. Главным вызовом станет отвод тепла.

Архитектура CFET, как полагают, будет актуальна до освоения 0,3-нм техпроцесса (A3) примерно к 2040 году. Дальнейшее продвижение потребует очередной смены транзисторной структуры — на этот раз речь идёт о так называемых 2DFET, то есть переходе к двумерным материалам. Это считается «святым Граалем» чипмейкинга: идеальная атомарная толщина сулит колоссальные преимущества. Прототипы таких технологий уже демонстрировали TSMC, Samsung и Intel, однако о серийном производстве говорить пока рано.

Использование 2DFET-транзисторов, по мнению IMEC, позволит достичь уровня Sub-A2, то есть менее 0,2 нм. Следуя текущей логике наименований, этот рубеж можно было бы назвать 0,14 нм, но, как отмечают в центре, до конкретных названий ещё далеко — слишком многое может измениться за 20 лет.

В целом, IMEC представила дорожную карту на два десятилетия вперёд, но подчёркивает, что каждый следующий шаг в ангстремном диапазоне будет даваться всё труднее. Если обратить внимание на развитие техпроцессов после 2 нм у TSMC, становится очевидно, что масштабирование площади чипов замедлилось: увеличение плотности даже на 10% — уже большое достижение. Именно поэтому производители вводят промежуточные поколения, такие как A13 и A12, заполняя пробел между A14 и A10. Появление A11 в будущем никого не удивит.

Кроме того, прогресс в полупроводниках не сводится лишь к цифрам нанометров. Ключевыми факторами становятся решения в области охлаждения, подачи питания и корпусирования. Те компании, которые смогут эффективно решить эти проблемы, имеют шанс обойти нынешних лидеров — TSMC, Samsung и Intel — в гонке ближайших двух десятилетий.

ИИ: Дорожная карта IMEC выглядит амбициозно, но стоит помнить, что это лишь «идеальный сценарий» развития. Каждый новый этап требует не только смены транзисторной архитектуры, но и революционных материаловедческих прорывов. Тем не менее, сам факт того, что ведущий исследовательский центр в области микроэлектроники видит горизонт планирования до 2046 года, внушает определённый оптимизм. Кремний, похоже, ещё не сказал своего последнего слова.