آی‌بی‌ام خبر از تولید تراشه ۵ نانومتری بر پایه‌ی استاندارد جدیدی داده است که به‌موجب آن با استاندارد FinFET خداحافظی خواهد شد. در این فرایند از ساختار جدیدی با یک پشته شامل چهار صفحه نانو استفاده می‌شود تا  ۳۰ میلیارد ترانزیستور در تراشه‌ای به ابعاد یک بند انگشت جای بگیرند. این بدین معنی است که تراشه‌های فوق‌العاده قدرتمند از نظر پردازشی و در ابعاد بسیار کوچک تولید خواهد شد. همواره کوچک‌ کردن لیتوگرافی به معنی بهره‌وری بالاتر و مصرف انرژی کمتر در معماری یکسان است و با فناوری جدید آی‌بی‌ام می‌توان با افزایش قدرت پردازشی، مصرف انرژی را نیز پایین نگاه داشت.

قانون مور در دهه‌ی ۱۹۷۰ این‌گونه بیان شد که هر دو سال تعداد ترانزیستورهای یک تراشه می‌تواند دو برابر شود. اما این  قانون طی سال‌های اخیر به‌موجب محدودیت‌های فیزیکی سیلیکون با مشکل روبه‌رو شده و سرعت افزایش ترانزیستورها در تراشه‌ها کند شده است. در حال حاضر در بازار تجهیزات تجاریِ مخصوص مصرف‌کننده، تراشه‌های ۱۴ نانومتری به‌صورت گسترده استفاده می‌شوند. البته اینتل و سامسونگ روی به تولید تراشه‌های ۱۰۰ نانومتری آورده‌اند تا از رقبای خود  پیشی بگیرند. 

جالب است بدانید که آی‌بی‌ام در سال ۲۰۱۵ از تراشه‌ی آزمایشی ۷ نانومتری با همکاری سامسونگ و گلوبال فاندریزرونمایی کرد که می‌توانست ۲۰ میلیارد ترانزیستور را در یک تراشه‌ی بندانگشتی جای دهد. آن‌ها معتقدند که تراشه‌های ۷ نانومتری می‌توانند در سال ۲۰۱۹ به‌صورت تجاری عرضه شوند. 

تولیدکنندگان نیمه‌هادی‌ها از سال ۲۰۱۱ تراشه‌های خود را بر پایه‌ی معماری FinFET تولید می‌کنند. همان‌طور که از نام این فناوری مشخص است، ترانزیستورها در FinFETT در شکل «فین» استفاده می‌شوند که در آن سه کانال حامل جریان توسط یک لایه عایق احاطه می‌شود. حال به نظر می‌رسد استفاده از این روش در آینده با چالش‌هایی روبه‌رو خواهد شد؛ چرا که در این روش نمی‌توان تراشه را بیش از این کوچک‌‌تر کرد و همچنین کوچک‌تر کردن Fin-ها نیز تأثیر چندانی در بهبود بازده ندارد. 

به همین دلیل آی‌بی‌ام در تراشه‌ی ۵ نانومتری خود از صفحه‌های نانو سیلیکونی استفاده کرده است که می‌توانند سیگنال‌ها را از درون ۴ گیت به‌صورت هم‌زمان ارسال کنند؛ این در حالی است که در FinFET از سه گیت می‌توان سیگنال‌ها را عبور داد. مهندسان آی‌بی‌ام از لیتوگرافی اشعه‌ ماورای بنفش شدید (EUV) استفاده کرده‌اند. در این فرایند نوشتن الگوها روی ویفر سیلیکونی تراشه از طریق طول موج بسیار بالاتر انرژی نور در مقایسه با روش‌های فعلی انجام می‌شود. در این روش جزئیات بسیار بیشتری روی تراشه شکل می‌گیرد و برخلاف فرایند لیتوگرافی‌های فعلی، قدرت و بازده تراشه قابل کنترل خواهد بود. 

اگر بخواهیم لیتوگرافی ۵ نانومتری آی‌بی‌ام را با ۱۰ نانومتری‌های فعلی مقایسه کنیم، لیتوگرافی جدید می‌تواند بازده را تا۴۰ درصد در انرژی یکسان افزایش دهد و همچنین اگر بخواهیم بازده یکسان را از هر دو لیتوگرافی خروجی بگیریم، مصرف انرژی در لیتوگرافی ۵ نانومتری ۷۵ درصد کاهش می‌یابد که مقدار قابل‌ملاحظه‌ای است. 

با همه‌ی این‌ها از آنجایی که لیتوگرافی ۱۰ نانومتری به‌تازگی مورد استفاده قرار گرفته و قرار است در سال ۲۰۱۹ از لیتوگرافی ۷ نانومتری استفاده شود، انتظار می‌رود ۴ یا ۵ سال آینده تراشه‌های مبتنی بر لیتوگرافی ۵ نانومتری عرضه شوند. 

عکس: ویفر جدید ۵ نانومتری در آزمایش نیویورک آی‌بی‌ام / از Connie Zhou