Αν κάνετε μια βόλτα με το αυτοκίνητο στη Σίλικον Βάλεϊ θα διαπιστώσετε ότι ο ορίζοντας είναι εκπληκτικά περιορισμένος. Το τοπίο είναι διάσπαρτο με χαμηλά κτίρια γραφείων, μπανγκαλόου και εμπορικά κέντρα. Τα μικροτσίπ που έδωσαν το όνομά τους στην περιοχή κατασκευάζονται σχεδόν με τον ίδιο τρόπο. Εκατομμύρια χαμηλού ύψους τρανζίστορ —οι ηλεκτρικοί διακόπτες που εκφράζουν το δυαδικό 1 ή 0 και, ως εκ τούτου, αποτελούν τη βάση της πληροφορικής— είναι τοποθετημένα το ένα δίπλα στο άλλο πάνω σε μια πλάκα πυριτίου.
Τον τελευταίο μισό αιώνα, στην προσπάθειά τους για υψηλότερη απόδοση, οι κατασκευαστές τσιπ έμαθαν να συρρικνώνουν τα τρανζίστορ τους και να τα συμπιέζουν όλο και πιο πυκνά. Όμως, αυτή η τεχνική φτάνει στα όριά της. Για να συνεχίσουν την πρόοδο, οι εταιρείες αρχίζουν, επιτέλους, να κατασκευάζουν προς τα πάνω. Το μέλλον του κλάδου θα μοιάζει λιγότερο με την αστική εξάπλωση της Καλιφόρνιας και περισσότερο με το κάθετο αστικό τοπίο του Μανχάταν.
Στις 16 Ιουνίου, σε ένα συνέδριο στη Χαβάη, η Samsung Electronics ανακοίνωσε ότι κατάφερε να στοιβάξει δύο τύπους τρανζίστορ το ένα πάνω στο άλλο, επιτυγχάνοντας έτσι σημαντική εξοικονόμηση χώρου. Λίγες ημέρες αργότερα, η IBM, η οποία διεξάγει έρευνα στον τομέα της κατασκευής προηγμένων τσιπ, ανακοίνωσε τη δική της κατακόρυφη διάταξη τρανζίστορ. Η Intel και η TSMC, δύο άλλοι γίγαντες του κλάδου, επιδιώκουν την ανάπτυξη παρόμοιας τεχνολογίας, η οποία, όπως ελπίζει ο κλάδος, ενδέχεται να εμφανιστεί σε εμπορικά προϊόντα στις αρχές της δεκαετίας του 2030.
Οι κορυφαίες εταιρείες τεχνολογίας της Κίνας επιδιώκουν να υλοποιήσουν παρόμοιες ιδέες, αλλά για ελαφρώς διαφορετικούς λόγους. Οι αμερικανικοί έλεγχοι στις εξαγωγές τους έχουν στερήσει την πρόσβαση στα εργαλεία κατασκευής που είναι απαραίτητα για την κατασκευή των μικρότερων τρανζίστορ, αναγκάζοντάς τις να αναζητήσουν εναλλακτικούς τρόπους. Στις 25 Μαΐου, η Huawei, ο κορυφαίος κατασκευαστής μικροτσίπ της χώρας, ανακοίνωσε μια τεχνολογία που ονομάζεται «Logic Folding», η οποία στοχεύει στη στοίβαξη ολόκληρων κυκλωμάτων αντί μεμονωμένων εξαρτημάτων. Είτε για να ξεφύγουν από τους περιορισμούς της φυσικής είτε από τις αμερικανικές κυρώσεις, φαίνεται ότι ο μόνος δρόμος είναι προς τα πάνω.
Ας ξεκινήσουμε από τη φυσική. Η κατασκευή μικρότερων τρανζίστορ βοηθά με δύο τρόπους. Ο ένας είναι απλώς ότι η συμπίεση περισσότερων τρανζίστορ σε μια δεδομένη επιφάνεια επιτρέπει την κατασκευή πιο εξελιγμένων τσιπ. Ο άλλος είναι ότι, χάρη σε μια ιδιαιτερότητα της συσκευής, όσο μικρότερο γίνεται ένα τρανζίστορ, τόσο καλύτερη είναι η απόδοσή του —μέχρι ένα ορισμένο σημείο, τουλάχιστον. Τα μικρότερα τρανζίστορ ενεργοποιούνται και απενεργοποιούνται πιο γρήγορα και καταναλώνουν λιγότερη ενέργεια κατά τη διαδικασία. Το 1965, ο Gordon Moore, ο οποίος αργότερα συνίδρυσε την Intel, προέβλεψε ότι ο αριθμός των τρανζίστορ που θα μπορούσαν να χωρέσουν σε ένα κομμάτι πυριτίου θα διπλασιαζόταν περίπου κάθε χρόνο (αργότερα η πρόβλεψη αναθεωρήθηκε σε δύο). Η βιομηχανία οργανώθηκε γύρω από αυτό που έγινε γνωστό ως «νόμος του Moore».
Ωστόσο, στα μέσα της δεκαετίας του 2000, τα τρανζίστορ άρχισαν να παρουσιάζουν δυσλειτουργίες. Είχαν γίνει τόσο μικροσκοπικά που το ρεύμα συνέχιζε να ρέει ακόμη και όταν έπρεπε να είναι απενεργοποιημένα, σπαταλώντας ενέργεια και παράγοντας ανεπιθύμητη θερμότητα. Ο επανασχεδιασμός τους κέρδισε λίγο περισσότερο χρόνο. Τα επίπεδα τρανζίστορ έδωσαν τη θέση τους σε ελαφρώς πιο κάθετα σχέδια που ονομάζονται FinFET, τα οποία βοήθησαν στον έλεγχο της διαρροής. Τα FinFET ακολουθήθηκαν από τα τρανζίστορ τύπου «gate-all-around» (GAA), που αποτελούν την τρέχουσα κορυφαία τεχνολογία.
Οι επανασχεδιασμοί συνέχισαν τη συρρίκνωση, αλλά έσπασαν την οικονομική βιωσιμότητα της διαδικασίας. Για δεκαετίες, οι εταιρείες μπορούσαν να προσφέρουν περισσότερη υπολογιστική ισχύ με χαμηλότερο κόστος ανά τρανζίστορ. Πλέον, αυτό δεν ισχύει. Η Bloomberg Intelligence, πάροχος δεδομένων, εκτιμά ότι, το 2024, ένα δισεκατομμύριο τρανζίστορ τεχνολογίας N3 της TSMC, που αποτελούσαν τότε την τελευταία λέξη της τεχνολογίας, κόστιζαν περίπου 40% περισσότερο από ό,τι της προηγούμενης τεχνολογίας N5 (βλ. διάγραμμα).
Ένας από τους στόχους αυτής της μεγάλης ανοδικής μετατόπισης είναι οι λογικές πύλες, συσκευές που κατασκευάζονται από τρανζίστορ. Η απλούστερη, ένας αντιστροφέας ή πύλη «NOT», μετατρέπει το 1 σε 0 ή το αντίστροφο. Αποτελείται από δύο συνδεδεμένα τρανζίστορ τοποθετημένα το ένα δίπλα στο άλλο. Οι μηχανικοί πρέπει να αφήνουν ένα κενό για να αποτρέψουν την ηλεκτρική παρεμβολή μεταξύ των δύο τρανζίστορ.
Η IBM εκτιμά ότι το να στοιβάζει τρανζίστορ, χρησιμοποιώντας μια συσκευή που ονομάζεται «συμπληρωματικό τρανζίστορ πεδίου» (CFET), μπορεί να μειώσει κατά το ήμισυ την επιφάνεια που απαιτείται για τις λογικές πύλες, προσφέροντας ταυτόχρονα είτε 50% υψηλότερη απόδοση είτε 70% καλύτερη ενεργειακή απόδοση. Ένα CFET στοιβάζει ένα τρανζίστορ GAA ακριβώς πάνω από ένα άλλο, με ένα μονωτικό στρώμα που εξασφαλίζει την ομαλή συνεργασία μεταξύ τους.
Η εταιρεία κατασκευάζει τα CFET της χρησιμοποιώντας μια μέθοδο που ονομάζεται «διαδοχική κατασκευή». Το κάτω τρανζίστορ κατασκευάζεται πρώτο. Στη συνέχεια, μια δεύτερη πλάκα πυριτίου αναστρέφεται και συνδέεται με την πρώτη, μια διαδικασία που μοιάζει με το να τοποθετείς το πάνω κομμάτι ενός σάντουιτς πάνω στο κάτω. Το άνω τρανζίστορ κατασκευάζεται στη συνέχεια πάνω σε αυτό το δεύτερο, μεταφερθέν στρώμα. Αντίθετα, η Intel, η Samsung και η TSMC προτιμούν μια «μονολιθική» προσέγγιση για τα CFET τους, στην οποία τα δύο τρανζίστορ κατασκευάζονται το ένα πάνω στο άλλο πάνω στο ίδιο υπόστρωμα πυριτίου.
Ο Serge Biesemans του ερευνητικού οργανισμού ημιαγωγών με έδρα το Βέλγιο, IMEC, αναφέρει ότι η μονολιθική επιλογή ταιριάζει καλύτερα στις υπάρχουσες μεθόδους κατασκευής — αν και απαιτεί την τροποποίηση των εργαλείων, ώστε να μπορούν να χειριστούν την ασυνήθιστη γεωμετρία των στοιβαγμένων τρανζίστορ. Τα διαδοχικά CFET της IBM αποφεύγουν την ανάγκη τροποποίησης των εργαλείων, με κόστος όμως επιπλέον βήματα κατασκευής.
Η ώθηση της Κίνας προς την τρίτη διάσταση καθοδηγείται από πολιτικά κίνητρα. Από το 2019, οι ΗΠΑ έχουν απαγορεύσει στην ολλανδική ASML να πωλεί μηχανήματα λιθογραφίας ακραίου υπεριώδους (EUV) στην Κίνα, καθιστώντας πολύ δύσκολο για τις κινεζικές εταιρείες να κατασκευάζουν τσιπ με τα μικρότερα δυνατά εξαρτήματα. Έτσι, η Huawei δοκιμάζει μια διαφορετική προσέγγιση.
Η εταιρεία υποστηρίζει ότι η ταχύτητα ενός τσιπ εξαρτάται από δύο παράγοντες: πόσο γρήγορα μπορούν να ενεργοποιούνται και να απενεργοποιούνται τα τρανζίστορ του, και πόσο χρόνο χρειάζεται ένα σήμα για να διανύσει το σύστημα. Οι ταχύτητες εναλλαγής των σύγχρονων τσιπ είναι τόσο υψηλές — δισεκατομμύρια φορές το δευτερόλεπτο — ώστε οι σχεδιαστές λαμβάνουν υπόψη τον χρόνο που χρειάζεται ένα ηλεκτρικό σήμα, το οποίο κινείται με ένα σημαντικό κλάσμα της ταχύτητας του φωτός, να διαδοθεί σε ένα τσιπ.
Επειδή οι κυρώσεις έχουν περιορίσει την πρώτη μεταβλητή, η Huawei επικεντρώνεται στη δεύτερη. Η τεχνολογία «Logic Folding» χωρίζει αυτό που κανονικά θα ήταν ένα ενιαίο τσιπ σε δύο κομμάτια πυριτίου. Στη συνέχεια, αυτές οι δύο πλάκες τοποθετούνται πρόσωπο με πρόσωπο και ενώνονται με εξαιρετικά ακριβή συγκόλληση. Ο Muhannad Bakir, καθηγητής μηχανικής στο Georgia Institute of Technology στην Ατλάντα, χρησιμοποιεί την αναλογία δύο κουκκίδων σε ένα φύλλο χαρτιού. Διπλώστε το χαρτί έτσι ώστε οι κουκκίδες να αγγίζουν η μία την άλλη και η απόσταση μεταξύ τους σχεδόν να εξαφανίζεται. Όταν αυτό γίνεται «in silico», η απόσταση που πρέπει να διανύσουν τα ηλεκτρικά σήματα μειώνεται, βελτιώνοντας έτσι την ταχύτητα.
Η Huawei εκτιμά ότι η τεχνολογία Logic Folding μπορεί να βελτιώσει την ενεργειακή απόδοση κατά περίπου 40%, αυξάνοντας παράλληλα και την επίδοση. Ισχυρίζεται ότι επιτυγχάνει πυκνότητα τρανζίστορ περίπου 238 εκατομμύρια ανά τετραγωνικό χιλιοστό —μιμούμενη την πυκνότητα της διαδικασίας N3 της TSMC— παρά τη χρήση παλαιότερων εργαλείων κατασκευής. Τέτοιες συγκρίσεις πρέπει να αντιμετωπίζονται με επιφύλαξη, καθώς οι πυκνότητες τρανζίστορ είναι δύσκολο να συγκριθούν άμεσα μεταξύ διαφορετικών διαδικασιών κατασκευής. Ωστόσο, καταδεικνύουν τη φιλοδοξία της εταιρείας.
Η κατασκευή ψηλών δομών επιλύει ορισμένα προβλήματα, αλλά δημιουργεί άλλα. Ένα από αυτά είναι η θερμότητα, που αποτελεί ήδη έναν από τους μεγαλύτερους περιοριστικούς παράγοντες στο σχεδιασμό τσιπ. Δεδομένου ότι ο όγκος ενός τρισδιάστατου τσιπ που παράγει θερμότητα θα αυξάνεται ταχύτερα από την επιφάνεια που είναι διαθέσιμη για την απομάκρυνσή της, το πρόβλημα είναι πιθανό να επιδεινωθεί. Το λογισμικό σχεδιασμού τσιπ δημιουργήθηκε για κυρίως επίπεδες διατάξεις και πρέπει να επανασχεδιαστεί. Η συγκόλληση μεταξύ πλακιδίων απαιτεί εξαιρετική ακρίβεια. Ελαττώματα σε οποιοδήποτε από τα δύο στρώματα μπορούν να μειώσουν δραστικά τις αποδόσεις. Η Huawei αναμένει παραγωγή μεγάλης κλίμακας γύρω στο 2031.
Για ανταγωνιστές όπως η TSMC, τα οφέλη από την υιοθέτηση της προσέγγισης της Huawei δεν αντισταθμίζουν πλήρως το κόστος σήμερα. Η εταιρεία εκτιμά ότι μπορεί να αποσπάσει μία ή δύο ακόμη γενιές από το παλιό μοντέλο χαμηλού ύψους. Η Huawei δεν διαθέτει τέτοια επιλογή. Η επιβράδυνση του νόμου του Moore έχει καταστήσει τους παλιούς τρόπους εργασίας λιγότερο ελκυστικούς για όλους. Για την Huawei, όπως παραδέχεται η ίδια η εταιρεία, η πολιτική κατάσταση έχει ως αποτέλεσμα αυτοί οι περιορισμοί να έχουν εμφανιστεί νωρίτερα και να είναι πιο πιεστικοί.
© 2026 The Economist Newspaper Limited. All rights reserved. Άρθρο από τον Economist, το οποίο μεταφράστηκε και δημοσιεύθηκε με επίσημη άδεια από το www.powergame.gr. Το πρωτότυπο άρθρο, στα αγγλικά, βρίσκεται στο www.economist.com
