IBM ha revelado lo que describe como la primera tecnología de chips sub-1 nm, capaz de albergar casi 100 mil millones de transistores en una superficie del tamaño de una uña. El avance pivota alrededor de una nueva arquitectura 3D llamada NanoStack, que traslada la escalabilidad de los transistores hacia la era de 0.7 nm o 7 angstroms. En comparación, los chips comerciales más avanzados de hoy suelen situarse alrededor de las 2 nm, lo que representa un salto sustancial en densidad.

Construir hacia arriba para mantener vivo Moore’s Law

La industria de semiconductores ha pasado décadas comprimiendo más transistores en piezas cada vez más pequeñas de silicio para mejorar el rendimiento. Este proceso se ha ido tornando cada vez más complejo a medida que las dimensiones de los transistores se acercan a la escala de solo unos pocos átomos. El enfoque de IBM evita la compresión adicional horizontal al apilar capas de transistores de forma vertical mediante una arquitectura de nanosheets en tres dimensiones. El diseño consigue casi el doble de densidad de transistores frente a la tecnología de 2 nm presentada en 2021 y, según la compañía, ofrece aproximadamente un 40% más de escalabilidad de SRAM para afrontar cargas de trabajo de IA cada vez más exigentes. Este método vertical permite a los ingenieros separar transistores tipo n en una capa y transistores tipo p en otra, lo que, según IBM, posibilita una optimización independiente de los materiales para cada tipo.

Como analogía, IBM compara esto con construir un rascacielos de 100 plantas en lugar de un bloque de viviendas compacto; para ilustrarlo, el profesor Alan Woodward, científico de la computación de la Universidad de Surrey, describe NanoStack como un emblema de una torre de gran altura frente a edificios más modestos de competidores como Intel y Samsung, que funcionarían aproximadamente entre 30 y 50 plantas. En pruebas, la compañía reporta una mejora de rendimiento del 50% y una eficiencia energética un 70% mayor en comparación con sus chips de 2 nm, junto con un incremento del 40% en la escalabilidad de la memoria en chip. A pesar de estas mejoras, la tecnología sigue estando a años de uso comercial, y IBM estima que la producción podría empezar como pronto dentro de cinco años.

“Con nuestra nueva arquitectura NanoStack, no solo estamos haciendo transistores más pequeños, sino reinventando la forma de construir chips para entregar mucho más poder y eficiencia energética”, afirmó Jay Gambetta, Director de IBM Research e IBM Fellow.

Los trade-offs de la densidad

El apilamiento vertical introduce desafíos principalmente en la gestión de calor, ya que los transistores generan calor que se hace más difícil de gestionar cuando se encuentran muy próximos entre sí. Además, ese espaciado tan ajustado eleva las exigencias sobre la alineación de la oblea, ya que las capas deben unirse con una precisión extrema para evitar fallos. Los investigadores reconocen que, si los huecos entre capas se vuelven demasiado delgados, los transistores pueden dejar de apagarse correctamente, socavando precisamente las ganancias de densidad que intenta entregar NanoStack.

Estas compensaciones técnicas son síntomas de un problema más amplio que enfrenta toda la industria de los chips. Durante décadas, los fabricantes han dependido de Moore’s Law, el patrón de duplicar aproximadamente la cantidad de transistores cada dos años. Pero ese ritmo se ha vuelto más difícil de sostener a medida que los diseños alcanzan los límites físicos de los átomos individuales. Si NanoStack realmente extiende esa trayectoria una década más, como propone IBM, dependerá de si estos retos de manufactura no resueltos pueden resolverse a escala. Por ello, IBM ha involucrado a socios como ASML, Lam Research y Tokyo Electron, señalando un esfuerzo de toda la industria detrás de este impulso hacia una escalabilidad a nivel angstrom. Aun así, anuncios audaces similares acompañaron la presentación de la 2 nm en 2021, pero convertir el éxito de laboratorio en producción masiva suele llevar más tiempo de lo previsto.

Fuente: IBM Newsroom (enlace institucional).

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