يمثل هذا الإنجاز لحظة تاريخية لصناعة تواجه القيود المادية لتقنيات تصنيع الرقائق التقليدية. تلعب أشباه الموصلات أدوارًا حاسمة في كل شيء بدءًا من الحوسبة والأجهزة المنزلية، وصولًا إلى أجهزة الاتصالات وأنظمة النقل والبنية التحتية الحيوية.

تحتوي شريحة IBM الجديدة التي يقل حجمها عن 1 نانومتر على ما يقرب من 100 مليار ترانزستور على شريحة بحجم ظفر الإصبع، أي ما يقرب من ضعف كثافة شريحة IBM التي يبلغ حجمها 2 نانومتر، والتي تم الكشف عنها في عام 2021. وبفضل سلسلة من الابتكارات الهيكلية والمادية، بما في ذلك بنية IBM الرائدة ثلاثية الأبعاد للرقائق النانوية، تُظهر هذه التقنية كيف يمكن تحقيق مكاسب مستمرة في الأداء والكفاءة حتى مع اقتراب ميزات الشريحة من الأبعاد الذرية.

تشير النتائج الفنية المنشورة إلى أن الشريحة الجديدة من المتوقع أن تقدم قفزة كبيرة في القدرة - تصل إلى 50 بالمائة أداء أكثر، أو 70 بالمائة كفاءة طاقة أكبر من شرائح IBM ذات عقدة 2 نانومتر1 - مما يعزز الحوسبة للتطبيقات التي تتراوح من الذكاء الاصطناعي التوليدي والبنية التحتية السحابية إلى الأجهزة الإلكترونية من الجيل التالي.

"يمثل أحدث ابتكار لشركة IBM في مجال الرقائق الإلكترونية لحظة فارقة في عالم الحوسبة، إذ يدفع التكنولوجيا إلى ما هو أبعد من عصر النانومتر وصولاً إلى مستوى الذرات. بفضل بنية النانوستاك الجديدة، لا نكتفي بتصنيع ترانزستورات أصغر حجماً، بل نعيد ابتكار طريقة بناء الرقائق الإلكترونية لتقديم كفاءة طاقة وقوة أكبر بكثير"، صرّح بذلك جاي جامبيتا، مدير أبحاث IBM وزميل IBM. "يُعدّ هذا الابتكار الأول من نوعه في هذا القطاع استمراراً لإرث IBM الرائد في تقنيات الجيل القادم، ويرسي الأساس لعصر جديد من الحوسبة."

تقنية النانو، طفرة صناعية في تصميم الرقائق

لإنتاج هذه الشريحة، طوّر باحثو شركة IBM بنيةً جديدةً كلياً للترانزستورات، تُعرف باسم "نانوستاك"، وهي أول تصميم ثلاثي الأبعاد معروف في هذا المجال، قائم على تقنية الصفائح النانوية. يُمثّل تصميم "نانوستاك" نقلةً نوعيةً تتجاوز تقنية الصفائح النانوية، وهي البنية الرائدة حالياً في هذا المجال، والتي ابتكرتها شركة IBM. يعتمد تصميم "نانوستاك" على تكديس الترانزستورات عمودياً وبشكل متداخل، مستفيداً من التكامل التسلسلي ثلاثي الأبعاد لزيادة عدد الترانزستورات على الشريحة. كما يُتيح هذا التصميم استخدام تركيبات مواد مختلفة ضمن كل طبقة مُكدّسة، مما يُحسّن أداء وكفاءة استهلاك الطاقة لكل ترانزستور على حدة.

تم التحقق تجريبياً من بنية النانوستاك الخاصة بشركة IBM من خلال الربط العازل فائق الرقة في تكامل CMOS، وإثبات القدرة الهندسية ثنائية القناة، وتشغيل عاكس CMOS وظيفي بأداء تبديل متوقع. تؤكد هذه النتائج مجتمعةً إمكانية بناء تقنية النانوستاك فعلياً ودعمها للحوسبة الحقيقية.

بالإضافة إلى ذلك، في بحث جديد تم تقديمه في مؤتمر VLSI 2026، أظهر باحثو IBM أن بنية nanostack توفر توسعًا بنسبة 40 بالمائة في SRAM،2 مما يتيح لمصممي الرقائق إنشاء رقائق أكثر كفاءة مع دعم متطلبات البيانات ذات النطاق الترددي العالي لأحمال عمل الذكاء الاصطناعي المتقدمة.

بفضل هذا الهيكل الرائد، يمكن لتقنية المنطق أن تمتد لأول مرة إلى ما دون عقدة 1 نانومتر، مما يُمهد الطريق لعصر التصغير على مستوى الأنجستروم، حيث تقترب الأبعاد من حجم الذرات الفردية. وبينما تشير عقد الترانزستور حاليًا إلى جيل من تقنيات التصنيع وليس إلى بُعد فيزيائي دقيق، فإن تقنية 0.7 نانومتر من IBM - والتي تُعرف أيضًا باسم 7 أنجستروم - تُظهر كيف أن استمرار التصغير لا يزال ممكنًا. ومع بنية النانوستاك الجديدة، تتوقع خارطة طريق أشباه الموصلات من IBM عقدًا على الأقل من التصغير المستقبلي.

استنادًا إلى عقود من الريادة في ابتكار أشباه الموصلات

يُعدّ هذا الإنجاز أحدث دليل على ريادة IBM في مجال البحث والتطوير لأشباه الموصلات. فقد تصدّرت IBM العالم في تطوير الرقائق التي تُشغّل أنظمة الحوسبة لعقود، بدءًا من أشباه الموصلات الأولى في ستينيات القرن الماضي وصولًا إلى أول رقاقة في العالم بتقنية 2 نانومتر. وتواصل IBM ابتكاراتها في طليعة صناعة السيليكون، وأجهزة الذكاء الاصطناعي، والمنطق، والمعالجات الكمومية، التي طُوّرت لتُشكّل مستقبل الحوسبة.

تُجري شركة IBM وشركاؤها هذا العمل في مركز أبحاث رائد لأشباه الموصلات في ألباني، نيويورك، والذي سيضم قريبًا أداة طباعة ضوئية بالأشعة فوق البنفسجية القصوى ذات فتحة عددية عالية (High NA EUV)، وهي أداة أساسية لمستقبل تصغير الدوائر المنطقية. تُمكّن هذه التقنية، التي طورتها شركة ASML، من طباعة الدوائر بدقة فائقة، مما يدعم إنتاج رقائق أصغر حجمًا وأكثر قوة. وقد تعاونت IBM مع شركاء، من بينهم شركة Lam Research Corp. وشركة Tokyo Electron (TEL) وشركة SCREEN Semiconductor Solutions، لتطوير عمليات وأدوات جديدة بتقنية High NA EUV، والتي أسفرت بالفعل عن أجهزة عاملة.

أعلنت شركة IBM مؤخرًا عن خطة لتأسيس شركة Anderon، أول شركة متخصصة في تصنيع الرقائق الكمومية في العالم. وستعتمد Anderon، وهي شركة مستقلة تابعة لشركة IBM، على خبرة IBM الرائدة في مجال الحوسبة الكمومية وأشباه الموصلات للمساعدة في تمكين الولايات المتحدة من تصنيع معظم رقائق الكموم في العالم.

مع توقع اعتماد تقنية النانوستاك في وقت مبكر عند عقدة أقل من 1 نانومتر، ترى شركة IBM مسارًا للإنتاج في غضون السنوات الخمس القادمة.