Industri semikonduktor baru saja menyaksikan kemajuan signifikan dengan diperkenalkannya chip pertama berteknologi sub-1 nanometer oleh IBM. Pencapaian ini merupakan tonggak penting bagi industri yang sedang menghadapi tantangan yang melekat pada batasan fisik miniaturisasi komponen elektronik. Chip adalah bagian fundamental yang terdapat pada komputer, peralatan rumah tangga, perangkat komunikasi, sistem transportasi, dan seluruh infrastruktur vital modern.
Komponen IBM yang belum pernah ada sebelumnya, berukuran kurang dari 1 nanometer, dapat mengintegrasikan sekitar 100 miliar transistor dalam ruang kecil, setara dengan ukuran kuku. Kepadatan ini hampir dua kali lipat dibandingkan dengan chip 2 nanometer yang dihadirkan IBM sendiri pada tahun 2021. Prestasi tersebut merupakan hasil serangkaian inovasi dalam material dan struktur, seperti arsitektur nanostack tiga dimensi yang dikembangkan oleh perusahaan, yang membuktikan bahwa peningkatan kinerja dan efisiensi dapat terus dilakukan, bahkan ketika dimensi chip mendekati skala atom.
Laporan teknis yang dirilis menunjukkan bahwa mikroprosesor baru akan memberikan peningkatan kapasitas yang signifikan. Diperkirakan kinerjanya mencapai 50% lebih baik atau efisiensi energi 70% lebih besar dibandingkan dengan chip 2 nanometer IBM. Hal ini berarti adanya dorongan mendasar bagi penerapan-penerapan canggih seperti kecerdasan buatan generatif, infrastruktur komputasi awan, dan perangkat elektronik konsumen generasi berikutnya, memperkuat posisi negara ini dalam perlombaan teknologi global dan dampak langsungnya terhadap kecepatan inovasi yang membentuk kehidupan kita sehari-hari.
Menurut Jay Gambetta, direktur penelitian di IBM, kemajuan terbaru di bidang chip ini mewakili prestasi bersejarah dalam komputasi. Ia menyoroti bahwa teknologi kini melampaui era nanometer, memasuki skala atom. Gambetta menjelaskan bahwa, dengan arsitektur nanostack baru, perusahaan tidak hanya sebatas mengurangi ukuran transistor, namun memikirkan kembali konstruksi chip untuk memastikan daya dan efisiensi energi yang lebih besar. Eksekutif tersebut juga menekankan bahwa inovasi ini merupakan pionir dalam industri, melanjutkan tradisi IBM dalam memimpin teknologi mutakhir dan membuka jalan bagi masa depan komputasi.
Bagaimana arsitektur nanostack yang inovatif mendefinisikan ulang desain chip
Untuk mewujudkan kemajuan teknologi ini, para ilmuwan IBM menciptakan arsitektur transistor yang didesain ulang sepenuhnya yang dikenal sebagai “nanostack”. Ini adalah desain nanosheet tiga dimensi pertama yang dirilis di industri. Pendekatan nanostack merupakan lompatan maju dari teknologi nanosheet yang sudah ada, yang sudah menjadi standar mutakhir dan juga merupakan penemuan IBM. Desain nanostack mengatur transistor ke dalam tumpukan vertikal, menggunakan integrasi sekuensial 3D untuk menampung lebih banyak komponen dalam ruang yang sama. Selain itu, struktur ini memungkinkan penerapan material berbeda di setiap lapisan, secara individual mengoptimalkan kinerja dan efisiensi energi setiap transistor.
Validasi eksperimental arsitektur nanostack IBM terjadi melalui ikatan dielektrik ultra tipis dalam integrasi CMOS. Hal ini termasuk mendemonstrasikan kemampuan rekayasa saluran ganda dan pengoperasian inverter CMOS yang efektif, sehingga mencapai kinerja peralihan yang diantisipasi. Secara keseluruhan, pengujian ini memastikan bahwa teknologi nanostack dapat digunakan untuk konstruksi fisik dan mampu mendukung operasi komputasi dalam skenario dunia nyata.
Selain itu, studi terbaru yang dipresentasikan di VLSI 2026 menunjukkan bahwa arsitektur nanostack memungkinkan peningkatan penskalaan SRAM sebesar 40%. Peningkatan ini memberikan kebebasan kepada pengembang chip untuk merancang komponen yang jauh lebih efisien. Pada saat yang sama, teknologi ini memenuhi persyaratan bandwidth data yang tinggi yang penting untuk beban kerja kecerdasan buatan tingkat lanjut.
Berkat struktur revolusioner ini, teknologi logika kini dapat melampaui tingkat 1 nanometer untuk pertama kalinya. Hal ini mengantarkan era miniaturisasi skala angstrom, dimana pengukuran mendekati dimensi atom yang terisolasi. Meskipun node transistor saat ini menunjukkan generasi teknologi manufaktur daripada dimensi fisik yang tepat, terobosan IBM sebesar 0,7 nanometer, setara dengan 7 angstrom, membuktikan kelayakan miniaturisasi berkelanjutan. Dengan diperkenalkannya arsitektur nanostack baru, IBM mengantisipasi masa depan setidaknya satu dekade kemajuan dalam miniaturisasi semikonduktor.
Inovasi ini menegaskan kembali posisi kepemimpinan IBM dalam penelitian dan pengembangan semikonduktor. Selama beberapa dekade, perusahaan ini telah menjadi pionir global dalam pengembangan chip yang mendukung sistem komputasi. Lintasannya mencakup tonggak sejarah seperti semikonduktor pertama di tahun 1960an dan chip 2 nanometer. IBM tetap menjadi yang terdepan, mendorong inovasi dalam silikon, perangkat keras kecerdasan buatan, logika, dan prosesor kuantum, yang bertujuan untuk membentuk masa depan komputasi.
Pekerjaan ini dilakukan oleh IBM dan kolaboratornya di Albany, New York, salah satu pusat utama penelitian semikonduktor. Pusat ini akan segera menerima mesin litografi ultraviolet ekstrim dengan aperture numerik tinggi (NA EUV tinggi), sebuah peralatan penting untuk miniaturisasi logika di masa depan. Dikembangkan oleh ASML, teknologi ini memungkinkan pencetakan sirkuit dengan presisi tak tertandingi, memfasilitasi pembuatan chip yang lebih kecil dan lebih bertenaga. IBM, bekerja sama dengan perusahaan-perusahaan termasuk Lam Research Corp., Tokyo Electron dan SCREEN Semiconductor Solutions, Ltd., telah berkolaborasi untuk mengembangkan proses dan alat NA EUV tinggi baru yang telah menghasilkan perangkat operasional.
IBM baru-baru ini mengumumkan rencana untuk menciptakan Anderon, yang akan menjadi pengecoran kuantum khusus pertama secara global. Anderon, yang beroperasi secara independen dari IBM, akan memanfaatkan keahlian perusahaan dalam komputasi kuantum dan semikonduktor. Tujuannya adalah untuk memperkuat posisi Amerika Serikat sebagai salah satu produsen wafer kuantum terkemuka di dunia.
Prediksinya adalah teknologi struktur nano akan diimplementasikan pada node sub-1 nanometer secepatnya. IBM memproyeksikan bahwa produksi skala besar dapat menjadi kenyataan dalam lima tahun ke depan, mengkonsolidasikan fase evolusi teknologi berikutnya.
