Как делают чипы и где их предел в нанометрах

У передовиков же, не в последнюю очередь благодаря взаимным многомиллиардным инвестициям, техпроцесс в нанометрах продолжает уменьшаться, дойдя до 2 нм (выпуск уже начат, TSMC и Intel обещают наладить массовое производство в 2025–2026 году) с плотностью 200–300 миллионов транзисторов на мм2 — близко к пределу.

Дальнейшее увеличение интеграции столкнется с непреодолимыми трудностями, которые потребуют принципиально иных подходов и новых решений.

Квантовая механика

Когда размер транзистора приближается к 1 нм (примерно 5–10 атомов кремния), начинают доминировать квантовые эффекты, такие как туннелирование электронов через изоляторы. Это делает транзисторы ненадежными — они либо пропускают ток, когда не должны, либо не могут переключаться достаточно быстро.

Разрешение литографии

Самые современные машины High-NA EUV от ASML позволяют достичь разрешения 8–10 нм. Для дальнейшего его увеличения приходится прибегать к ухищрениям вроде многократной экспозиции. На большее ультрафиолет просто не способен, а электронно-лучевая литография — слишком медленная для массового производства.

Экономические пределы

Стоимость разработки и производства растет экспоненциально. Например, переход с 5 нм на 3 нм увеличил затраты TSMC на фабрику с 20 до 30 миллиардов долларов. Стоимость литографической производственной линии доходит до 380 миллионов долларов, ее установка и наладка занимает месяцы и обходится в миллионы.

При сохранении приверженности нынешним технологиям прорыв за пределы 1 нм маловероятен (хотя работы в этом направлении ведутся). Будущее за квантовыми и фотонными вычислениями, нейросетевыми алгоритмами и новыми материалами — графеном и двумерными пленками.

Текст: Сергей Кобин

Microsoft представила первый квантовый чип на основе «топологических кубитов»

Инженеры создали самый маленький в мире микроконтроллер

Впервые в мире запустили биокомпьютер с клетками мозга человека