MY.UAНовини
Основа наших технологій: наскільки крихітними можуть бути транзистори й коли ми досягнемо межі
Основа наших технологій: наскільки крихітними можуть бути транзистори й коли ми досягнемо межі

Основа наших технологій: наскільки крихітними можуть бути транзистори й коли ми досягнемо межі

Велике майбутнє найменшої деталі людства

Усе почалося в грудні 1947 року, коли американські фізики Джон Бардін та Волтер Браттейн у лабораторіях Bell Labs продемонстрували перший робочий точково-контактний транзистор. Цей винахід назавжди змінив світ, замінивши громіздкі та ненадійні вакуумні лампи, пише 24 Канал.

Згодом інженери перейшли на кремній як основну підкладку, що відкрило шлях до масового виробництва мікросхем. Протягом десятиліть розвиток чипів підпорядковувався знаменитому закону Мура, згідно з яким щільність елементів на кристалі подвоювалася кожні два роки, та принципам масштабування Деннарда.

Сьогодні без цих наноперемикачів неможливо уявити жоден сучасний прилад: від побутового таймера до гігантських серверів хмарних обчислень та автономних роботів.

Анатомія сучасного чипа: наскільки крихітними є технології сьогодні

Сучасні технологічні процеси давно відійшли від класичного розуміння фізичних розмірів. Сьогодні назви вузлів на кшталт "3 нанометри" або "2 нанометри" є радше комерційними позначеннями, ніж відображенням реальних геометричних характеристик елементів. Справжні відстані між затворами (контактований затворний крок) для чипів 2-нанометрового класу становлять приблизно 45 – 50 нанометрів, а мінімальний крок металізації становить близько 20 – 32 нанометрів.

Попри маркетингову природу назв, щільність розміщення транзисторів на сучасних кристалах вражає уяву. Так, у передовому техпроцесі TSMC N2 середня щільність логіки сягає близько 313 мільйонів транзисторів на один квадратний міліметр. Своєю чергою, аналогічні рішення від Intel (техпроцес 18A) та Samsung (SF2) забезпечують показники в районі 238 та 231 мільйона нанометрових перемикачів на квадратний міліметр відповідно.

Для створення таких структур виробники використовують найскладніші літографічні сканери екстремального ультрафіолету (EUV) та переходять від традиційної архітектури плавників (FinFET) до повністю всеохопного затвора (GAA). У нових структурах затвор повністю оточує кілька ультратонких горизонтальних кремнієвих шарів з усіх чотирьох боків, що дозволяє значно покращити контроль над струмом та мінімізувати витоки.

Фізичні ліміти кремнію: чому ми не можемо зменшувати транзистори нескінченно

Головним ворогом подальшої мініатюризації є сама квантова фізика. Коли довжина провідного каналу стає меншою за 10 нанометрів, кремнієві потенційні бар'єри перестають бути надійними стінами. Виникає явище прямого квантового тунелювання між витоком та стоком. Електрони просто пролітають крізь зачинений затвор, створюючи гігантські витоки струму у вимкненому стані транзистора.

В архітектурі комплементарних транзисторів пристрої n- та p-типу розташовані один над одним. Таке вертикальне розміщення дозволяє усунути бічні зазори з розрахунку висоти комірки та максимізувати ширину каналу, що забезпечує стабільну роботу затвора та високі струми провідності навіть на граничних масштабах.

Другим серйозним бар'єром є катастрофічне зростання теплової щільності. Хоча кожен окремий транзистор нового покоління споживає менше енергії, їхня колосальна щільність на кристалі призводить до виникнення локальних гарячих точок. Самоохолодження в ультратонких нанолистах працює набагато гірше, ніж в об'ємному кремнії, оскільки теплові коливання (фонони) розсіюються на численних внутрішніх межах.

Тривимірна революція та ангстремна ера: куди рухається індустрія

Для подолання цих викликів світові лідери, такі як TSMC, Intel та Samsung, переходять до системної вертикальної інтеграції. Найбільш значущою інновацією найближчих років є мережа зворотного живлення (BSPDN). У звичайних чипах лінії передачі сигналів та товсті кабелі живлення конкурують за місце на лицьовій стороні пластини. Перенесення ліній живлення на зворотний бік кремнієвого диска дозволяє скоротити шлях струму, зменшити падіння напруги та звільнити місце для сигнальних трас.

Компанія TSMC успішно завершила перевірку цієї технології, назвавши власне рішення Super Power Rail. Вона впровадить його в передовому 1,6-нанометровому процесі A16, масове виробництво якого розпочнеться вже наприкінці 2026 року. Водночас компанія Samsung вирішила дещо уповільнити темпи в гонці геометричного масштабування та перенесла запуск свого 1,4-нанометрового процесу на 2029 рік, щоб повністю зосередитися на стабілізації виходу придатних чипів на базі 2-нанометрової платформи.

Згідно з прогнозами дослідників консорціуму imec, до 2038 року індустрія має досягти екстремального технологічного вузла в 0,3 нанометра (або 3 ангстреми). На цьому шляху нанолисти GAA замінять Forksheet-транзистори, де відстань між n- та p-каналами розділятиме діелектрична стінка товщиною менше 10 нанометрів.

Згодом, приблизно у 2033 році, стандартною технологією стануть комплементарні транзистори (CFET), у яких n- та p-канали будуть фізично стояти один над одним, що дозволить зменшити площу логіки майже вдвічі.

Наступники кремнію: чим ми замінимо традиційні напівпровідники

Коли кремній остаточно вичерпає свої фізичні можливості, людство перейде до нових напівпровідникових матеріалів. Найбільш перспективними вважають двовимірні моношари дихалькогенідів перехідних металів (TMD), такі як дисульфід молібдену (MoS2) або дисульфід вольфраму (WS2). Маючи товщину всього в один атом, ці кристалічні плівки демонструють чудову рухливість носіїв заряду та дозволяють повністю придушити паразитарне квантове тунелювання при довжині каналу менше 5 нанометрів.

Іншою революційною альтернативою є вуглецеві нанотрубки (CNT). Одностінні вуглецеві нанотрубки, згорнуті в безшовні циліндри діаметром близько 1 нанометра, обмежують рух електронів лише в одному вимірі. У такому одновимірному каналі практично повністю зникає розсіювання носіїв заряду, а середній вільний пробіг перевищує 1 мікрометр, забезпечуючи майже ідеальний балістичний транспорт. На практиці дослідники вже створили перший у світі повноцінний 16-бітний процесор RV16X-NANO, що містить понад 14 тисяч транзисторів на базі вуглецевих нанотрубок, довівши життєздатність технології на системному рівні.

Звісно, перехід на нові матеріали потребуватиме колосальних інвестицій у модернізацію фабрик, розробку нових методів очищення та вирішення проблем зі стійкістю параметрів при тривалій експлуатації. Проте саме ці мікроскопічні революції дозволять людству продовжувати нарощувати потужність комп'ютерів та систем штучного інтелекту, ведучи нас в ангстремну еру після закінчення кремнієвої доби.

Поділитися
Поділитися сюжетом
Джерело матеріала
Підліток влаштував кривавий розстріл у початковій школі: загинули діти — моторошні деталі
TSN
2026-10-16T14:00:48Z
На кордоні перехопили "голуба контрабандиста": він перевозив пігулки в рюкзачку
24tv
2026-10-15T18:15:03Z
У Норвегії через масштабний збій зв'язку зупинили всі поїзди та перестали працювати номери екстрених служб
InternetUA
2026-10-09T08:43:29Z
Розстріляв п'ятьох бійців 72-ї бригади: суд обрав запобіжний захід росіянину
5 UA
2026-10-16T16:51:56Z
Впав і вибухнув у полі: у Молдові розбився безпілотник
24tv
2026-10-16T16:15:12Z
Фіктивна інвалідність і втеча через річку: СБУ викрила 5 схем ухилення від мобілізації
24tv
2026-10-16T16:06:55Z
Шахраї викрали в працівника криптокомпанії понад $500 000 через фальшиву групу WhatsApp
InternetUA
2026-10-16T15:51:17Z
Загрожує довічне: суд арештував росіянина за вбивство 5 військових і цивільного на Харківщині
24tv
2026-10-16T15:36:59Z
Вбив п’ятьох військових і рибалку: суд відправив росіянина під варту
TSN
2026-10-16T15:24:21Z
Чи може чума з РФ поширитися в Україні: епідеміологиня відповіла
TSN
2026-10-06T20:00:01Z
Чума в Росії: що відомо про спалах небезпечної інфекції в Іркутській області та чи є загроза для України та світу
24tv
2026-10-07T14:36:44Z
Як правильно зберігати запаси води вдома — важливі правила безпеки
GlavRed
2026-10-07T23:27:36Z
Зникла вода вдома: де знайти безпечну питну воду та як зробити запас на 72 години
VGorode
2026-10-16T15:39:32Z
Суверенітет даних і АI-інфраструктура: що має бути в кожній угоді про доступ до українських даних
Лига
2026-10-16T15:39:00Z
Європою стрімко поширюється вірус Західного Нілу: передається через один укус
24tv
2026-10-16T12:54:08Z
Що станеться з організмом, якщо їсти банани щодня протягом тижня
TSN
2026-10-16T12:33:00Z
Сквалан, ніацинамід і пептиди: що потрібно шкірі восени для сяйва й зволоження
Вива
2026-10-16T10:57:28Z
Клініка "Надія" надає лікування безпліддя за програмою НСЗУ в Києві та Львові
Gazeta UA
2026-10-16T09:30:43Z
Більше ніякої вогкості: хитрий трюк для сушіння білизни, про який знають не всі
GlavRed
2026-10-11T20:24:12Z
Ракам – відпустити минуле, Овнам – діяти послідовно: найавторитетніший гороскоп на 14 жовтня 2026 року
ГЛАВКОМ NET
2026-10-13T17:57:15Z
Заміна дорогим добривам: який сидерат варто посіяти до кінця жовтня
GlavRed
2026-10-13T17:27:05Z
Коли додавати овочі в бульйон: секрет насиченого смаку та прозорості
GlavRed
2026-10-11T16:42:46Z
Згадуємо досвід 90-х: як пережити блекаут старими перевіреними способами
Знай
2026-10-16T16:21:46Z
Як посадити цибулю під зиму, щоб вона пережила морози й дала ранню зелень
AgroNews
2026-10-16T16:06:55Z
Золота осінь на Львівщині: легкий маршрут зі Сколе з мальовничим озером
24tv
2026-10-16T16:03:43Z
Червиві гриби не обов'язково викидати - коли їх можна їсти
GlavRed
2026-10-16T15:57:38Z
Миючий чи звичайний пилосос: який краще обрати
Детектор М
2026-10-16T15:48:45Z
Зірки серед нас: Соломія Вітвіцька показала, як зробила пеленальний столик просто в ТРЦ
24tv
2026-10-16T16:33:32Z
Мода 80-х повертається: гостроносі туфлі знову в тренді
24tv
2026-10-16T16:03:04Z
Думала, що це штора за $10: дівчина випадково знайшла на секонд-хенді сукню модного бренду
Фокус
2026-10-16T15:57:28Z
Коли здається, що світ збожеволів:ТОП добрих фільмів, які повернуть віру в щасливе майбутнє
24tv
2026-10-16T15:12:44Z
У ніжно-рожевій сукні та через Дію: українська топмодель Крісті Пономар вийшла заміж
24tv
2026-10-16T15:06:15Z
Меган Маркл показала колір манікюру, який завжди доречний та елегантний
24tv
2026-10-16T15:03:59Z
Прем'єри тижня: нова ера KAZKA та вусатий фанк від SadSvit і FIЇNKA
Комсомольская правда
2026-10-16T14:52:20Z
Вагітна Іванна Онуфрійчук розсекретила стать другої дитини: зворушливе відео з гендер-паті
24tv
2026-10-16T14:51:26Z
"Зазвіздилася": Христина Соловій різко висловилася про організаторів концерту пам'яті Степана Гіги
TSN
2026-10-16T14:48:54Z
Мільйони українців можуть стати біженцями: в ООН попередили про ризики зими в Україні
24tv
2026-10-16T16:42:29Z
18 жовтня - яке сьогодні свято, що сьогодні не можна робити, традиції та прикмети, що не можна робити
Комсомольская правда
2026-10-16T16:39:28Z
Виплати для І групи інвалідності: чи нарахують у листопаді збільшені суми
24tv
2026-10-16T16:36:16Z
Чи дійсно не можна показувати новонародженого малюка до 40 днів: відповідь священника ПЦУ
24tv
2026-10-16T16:27:03Z
Фінляндія обмежувала польоти й судноплавство через загрозу дронів
iPress
2026-10-16T16:09:11Z
У трьох ліцеях Харкова десятикласники навчатимуться три роки замість двох: випуск у 2029 році
Знай
2026-10-16T16:06:26Z
У Молдові впав та вибухнув дрон
Европейская правда
2026-10-16T15:54:58Z
Міжнародна організація з міграції попередила про нову хвилю переселення українців цієї зими
ГЛАВКОМ NET
2026-10-16T15:51:56Z
Папа Римський Лев XIV вперше провів телефонну розмову з Путіним
24tv
2026-10-16T15:51:26Z
Нацбанк збільшив ліміти вдвічі: як тепер українці можуть вкладати свої гроші
Знай
2026-10-09T08:30:10Z
Як пережити затримку зарплати: поради від ClickCredit
Мій Харків
2026-10-16T16:39:41Z
Електростанції не справляться: світла взимку буде мало
Знай
2026-10-16T16:36:35Z
Податок на дешеві посилки: Данило Гетманцев відповів, чи подорожчають покупки з Temu та AliExpress
Фокус
2026-10-16T16:21:33Z
Торгівельний дефіцит ЄС зріс на 236% за один рік
Европейская правда
2026-10-16T16:12:39Z
Politico: Глава ЄК закликає ЄС готуватися до зимової газової кризи
iPress
2026-10-16T16:09:44Z
Хаос в аеропортах Рима і Мілана: в Італії вийшла з ладу система управління польотами
iPress
2026-10-16T16:09:40Z
На півночі РФ ціни на продукти злетіли на 343%: запроваджено ліміти на продаж
ГЛАВКОМ NET
2026-10-16T15:39:06Z
Які критерії слід враховувати при виборі холодильної шафи для кафе чи ресторану?
Expres UA
2026-10-16T15:34:59Z
Смартфон Samsung пережив 11 падінь за рік без чохла та здивував результатом
InternetUA
2026-10-16T16:48:41Z
Sony повернула Walkman, але ціна нового плеєра сягає майже 5900 доларів
24tv
2026-10-16T16:33:21Z
Як зарядити телефон без світла: прості хитрощі, про які знають не всі
InternetUA
2026-10-16T16:18:21Z
Дорожчий за автомобіль: ASUS привезла в Україну ноутбук для ШІ
24tv
2026-10-16T15:57:07Z
Дешевша альтернатива Xiaomi: перші навушники-кліпси Redmi вже близько
Фокус
2026-10-16T15:54:59Z
ChatGPT зможе переглядати відкриті вкладки і виконувати завдання в Chrome
Детектор М
2026-10-16T15:42:16Z
У Британії з 6 листопада заборонять порно зі сценами удушення та інцесту — The Guardian
InternetUA
2026-10-16T15:36:31Z
Команда s1mple вилетіла зі Stake Pulse Beat 3
24tv
2026-10-16T15:36:15Z
Яку зарядну станцію купити для обігрівача: 3 найкращі моделі від Anker
Фокус
2026-10-16T15:36:01Z
Початок опалювального сезону 2026 у Кропивницькому: коли чекати тепла та які головні проблеми
Политека
2026-10-16T16:42:22Z
Харків 16 жовтня: удар по ринку
Мій Харків
2026-10-16T16:39:32Z
Попит на оренду квартир у Києві впав, але ціни не змінилися: чи вплинули на це обстріли
24tv
2026-10-16T16:36:36Z
На Рівненщині почалися масштабні знеструмлення після атаки РФ
ГЛАВКОМ NET
2026-10-16T16:33:32Z
На Київщині скасували екстрені відключення світла: регіон повернувся до графіків
Знай
2026-10-16T16:21:28Z
Рідне місто нової "Холостячки" Антоніни Хижняк мало аж 4 назви: який вигляд воно має сьогодні
24tv
2026-10-16T16:21:17Z
Суд заарештував солдата РФ, який розстріляв п'ятьох бійців ЗСУ та одного цивільного
Комсомольская правда
2026-10-16T16:09:36Z
Київську область накриють дощі: синоптики дали прогноз погоди на тиждень з 17 по 23 жовтня
Политека
2026-10-16T16:00:01Z
Опалювальний сезон починається: коли очікувати полачу тепла Львівщині
24tv
2026-10-16T15:57:49Z
Туреччина просить ЄС включити її у план Made in Europe
Европейская правда
2026-10-16T16:52:20Z
Путін заявив, що армії РФ залишилося 5 км до Запоріжжя: яка ситуація насправді
ГЛАВКОМ NET
2026-10-16T16:51:37Z
Через російську атаку на Умань була знищена квартира журналіста Анатолія Медведева. Він зазнав опіків
Детектор М
2026-10-16T16:51:01Z
Зеленський розповів про домовленості зі Швецією щодо винищувачів Gripen
ГЛАВКОМ NET
2026-10-16T16:48:23Z
"Є багато креативних рішень": Сибіга про заборону в'їзду росіянам до ЄС
Фокус
2026-10-16T16:42:59Z
Слідом за ЄС: ще одна країна в Європі не надаватиме захист частині українців
24tv
2026-10-16T16:42:49Z
РФ оголосила про нову хвилю атак на Україну: які цілі ворог назвав пріоритетними
GlavRed
2026-10-16T16:42:43Z
На українсько-польському кордоні збільшилися черги через повітряні тривоги
Европейская правда
2026-10-16T16:42:42Z
Между Польшей, Мадьяром и Трампом: что дал Украине саммит ЕС и кто поддержал Зеленского
Европейская правда
2026-10-16T16:42:05Z
У Нью-Йорку після незаконних вуличних перегонів поліція заарештувала чотирьох і конфіскувала гоночний автомобіль
Топ Жир
2026-10-03T15:12:51Z
На Сумщині чоловік хотів купити автомобіль через TikTok, а втратив понад 61 тис. грн
InternetUA
2026-10-16T16:33:56Z
Maserati відродила дух легендарного MC12: ексклюзивний спорткар випустять лише в одному екземплярі
Фокус
2026-10-16T16:12:39Z
Porsche показав новий концепт гіперкара Mission S
Топ Жир
2026-10-16T16:09:09Z
Як у фільмі "Назад у майбутнє 2": Маск показав прототип літаючої Tesla
Gazeta UA
2026-10-16T16:06:24Z
Розкішний Maybach Леброна Джеймса виставлять на аукціон: усі гроші віддадуть на благодійність
Фокус
2026-10-16T13:00:14Z
Поліція Дубая здивувала новим авто: гібридний Lamborghini розганяється до 100 км/год за 2,7 секунди
Фокус
2026-10-16T12:33:08Z
«Феррарі» привезе на Гран-прі США Формули-1 останній великий пакет оновлень – ЗМІ
ГЛАВКОМ NET
2026-10-16T12:30:25Z
Opel знизив ціну Astra майже на €2000: що залишилося в найдешевшій версії
Фокус
2026-10-16T11:42:21Z
Тренер Болоньї зробив відверту заяву про Довбика: що чекає на форварда збірної України
24tv
2026-10-16T16:51:55Z
Беллінгем продовжить контракт із Реалом до 2031 року
Football.ua
2026-10-16T16:51:50Z
Стало відомо, які революційні зміни можуть очікувати на фігурне катання
ГЛАВКОМ NET
2026-10-16T16:39:42Z
«Інтер» втратив чергового футболіста перед матчем із «Шахтарем» у Лізі чемпіонів
ГЛАВКОМ NET
2026-10-16T16:36:29Z
Легендарна лижниця Тереза Йохауг планує відновити професійну кар'єру заради Олімпади-2028
ГЛАВКОМ NET
2026-10-16T16:36:19Z
Арсенал розглядає трансфер Кіма Мін Дже взимку
Football.ua
2026-10-16T16:24:32Z
"Полісся" — "Динамо": прогноз букмекерів, де і коли дивитися центральний матч УПЛ
ZN UA
2026-10-16T16:15:00Z
З'явився запис останніх хвилин життя екснареченої Кличка
Фокус
2026-10-16T16:00:10Z
Флік: Ситуація для Бальде зараз непроста
Football.ua
2026-10-16T15:57:46Z