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
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
Вчені з'ясували, який манікюр робить руки привабливішими: результат дивує
24tv
2026-10-17T13:30:25Z
На Буковині голова громади вечорами підробляє сімейним лікарем
ГЛАВКОМ NET
2026-10-17T13:15:39Z
Коли обрізати дерева восени чи навесні: найкраща температура для робіт
GlavRed
2026-10-17T12:18:20Z
Як замочити озимий часник перед посадкою: скільки солі потрібно для обробки
GlavRed
2026-10-17T11:39:35Z
Правильний догляд за різдвяником восени: що змінити для появи бутонів
GlavRed
2026-10-17T10:27:09Z
Які продукти краще не вживати на сніданок
TSN
2026-10-17T04:21:18Z
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
Гороскоп на листопад 2026: кому Марс і Юпітер принесуть кохання та гроші
GlavRed
2026-10-17T12:24:07Z
Чому не варто залишати подовжувач у розетці постійно
24tv
2026-10-17T12:06:43Z
Козерогам – визначити пріоритети, Водоліям – не поспішати з висновками: найавторитетніший гороскоп на 18 жовтня 2026 року
ГЛАВКОМ NET
2026-10-17T12:03:44Z
Плівка, контейнер чи пакет: просте правило зберігання продуктів у холодильнику
GlavRed
2026-10-17T11:27:22Z
Чому краще саджати пізніше, ніж раніше: секрет розкішних тюльпанів навесні
GlavRed
2026-10-17T11:27:19Z
На кордоні перехопили "голуба контрабандиста": він перевозив пігулки в рюкзачку
24tv
2026-10-15T18:15:03Z
Підліток влаштував кривавий розстріл у початковій школі: загинули діти — моторошні деталі
TSN
2026-10-16T14:00:48Z
У Норвегії через масштабний збій зв'язку зупинили всі поїзди та перестали працювати номери екстрених служб
InternetUA
2026-10-09T08:43:29Z
Схема на 146 тисяч: поліція розшукує псевдопродавця, який ошукав тернополянина
InternetUA
2026-10-17T13:27:36Z
У Рівному рятувальники дістали чоловіка з триметрової ліфтової шахти
ГЛАВКОМ NET
2026-10-17T13:24:23Z
В Ормузькій протоці місцеві рибалки ловлять нові iPhone та французькі парфуми
InternetUA
2026-10-17T12:51:40Z
У Молдові затримано прикордонників з України, які переслідували втікача через Дністер
ГЛАВКОМ NET
2026-10-17T12:21:06Z
Chainalysis: один із постраждалих від крадіжки з гаманців Ledger виявився шахраєм
InternetUA
2026-10-17T10:51:48Z
СБУ розкрила 5 схем втечі за кордон: затримали 12 організаторів
Знай
2026-10-17T10:36:07Z
"Боляче і фізично, і морально": Артур Логай зробив зізнання
GlavRed
2026-10-17T14:09:23Z
Валентин Васянович: Знімати про те, що бачиш і що відбувається з тобою, - найпростіший рецепт
Комсомольская правда
2026-10-17T14:04:47Z
Кейдж і Бандерас знімуться у продовженні культового серіалу - подробиці
GlavRed
2026-10-17T14:00:13Z
Не нудно, а стильно: 4 способи носити спідницю-олівець із туфлями-човниками
24tv
2026-10-17T13:51:05Z
Анна Трінчер захворіла просто перед концертом і повністю втратила голос
TSN
2026-10-17T13:33:16Z
Що змінити у гардеробі до зими 2027: 5 речей змінять стиль до невпізнання
GlavRed
2026-10-17T13:27:07Z
Форма не лише для кіно: Сергій Стрельніков показав, як тренується після вступу до ЗСУ
24tv
2026-10-17T13:06:08Z
Ірина Федишин вперше після трагедії із втратою доньки вийшла на зв'язок
ГЛАВКОМ NET
2026-10-17T12:54:46Z
Диван зачекає: куди піти у Києві цими вихідними, 17 – 18 жовтня
VGorode
2026-10-17T12:51:58Z
Папа Римський залишив лікарню у Римі після операції на легені
Европейская правда
2026-10-17T14:12:25Z
Пенсіонер може не платити за комуналку: кому доступна 100% знижка у 2026 році
Политека
2026-10-17T14:06:12Z
Північна Корея похвалилася новою торпедною системою зі ШІ
InternetUA
2026-10-17T13:33:01Z
Не лише паспорт: які документи потрібні для оформлення оренди землі у 2026 році
24tv
2026-10-17T13:30:49Z
Все не так, як здається: нове дослідження показало ставлення поляків до українців
24tv
2026-10-17T13:24:14Z
Мобілізація в Україні: як рахуватимуть працівників-сумісників під час бронювання
Политека
2026-10-17T13:21:48Z
На якій роботі можна отримати бронювання від мобілізації
24tv
2026-10-17T13:06:19Z
Подвійний стаж для пенсії: хто з українців вийде на відпочинок раніше
24tv
2026-10-17T12:30:04Z
Більшість ракет пішла на Близький Схід: де Україна шукатиме захист від балістики
TSN
2026-10-17T12:21:11Z
Нацбанк збільшив ліміти вдвічі: як тепер українці можуть вкладати свої гроші
Знай
2026-10-09T08:30:10Z
Ціни вже піднялися до 75 гривень: в Україні різко подорожчав один овоч
GlavRed
2026-10-17T14:09:59Z
Місії МАГАТЕ на підстанціях українських АЕС можуть бути на руку розвідці РФ. Один з таких візитів вже закінчився прильотами — експертка
ZN UA
2026-10-17T14:09:34Z
Підприємство Kromberg&Schubert у Луцьку зупинило роботу після російських атак
24tv
2026-10-17T13:45:27Z
На Чернігівщині фермери зробили машину для збирання гарбузів
AgroNews
2026-10-17T13:06:56Z
Українці мають сплатити податки з банківського депозиту: яку суму вирахують
24tv
2026-10-17T13:06:21Z
На Волині після атаки РФ зупинився завод, який виготовляє комплектуючі для BMW
ГЛАВКОМ NET
2026-10-17T12:36:19Z
Платіжки за газ оновили: як треба платити
Знай
2026-10-17T12:36:17Z
У столиці рф другий день поспіль обмежують польоти
iPress
2026-10-17T12:09:56Z
Археологи виявили найдавніше людське житло у Західній півкулі: йому 13 800 років
Фокус
2026-10-17T14:12:22Z
YouTube маркуватиме музику, створену штучним інтелектом
Детектор М
2026-10-17T14:06:28Z
Який Android-смартфон може стати альтернативою iPhone Air
24tv
2026-10-17T14:06:23Z
Перший у світі. У США готують експеримент із ядерним реактором, де паливо розчинене в солі
InternetUA
2026-10-17T14:03:55Z
Хакери атакували сотні супермаркетів у Європі: холодильники нагрілися до 50 градусів
InternetUA
2026-10-17T13:51:56Z
Мито від Укрпошти: шахраї спустошують рахунки
Знай
2026-10-17T13:36:03Z
Новий поворот у пошуках гробниці Ісуса: знайдено стародавнє місце поховання Христа
Фокус
2026-10-17T13:30:14Z
У кішок виявлено небезпечного для людини паразита: взимку зростає ризик зараження
Фокус
2026-10-17T13:15:09Z
Творець легендарних блокбастерів Rockstar назвав гру, яка стала його головною невдачею
24tv
2026-10-17T13:00:29Z
Дніпропетровську область накриють рясні дощі: синоптики дали прогноз погоди на тиждень з 18 по 24 жовтня
Политека
2026-10-17T14:00:45Z
Операція "Вівальді": Третій корпус вперше уразив важку вогнеметну систему РФ "Дракон"
Фокус
2026-10-17T13:48:40Z
Туман у столиці: як довго триватиме попередження та що радять водіям
5 UA
2026-10-17T13:33:51Z
«Мер чи мародер». Сотні киян прийшли під КМДА вимагати відставки Кличка
ГЛАВКОМ NET
2026-10-17T13:21:57Z
Фейкові "перемоги" Росії: Генштаб ЗСУ спростував заяви Герасимова про нібито просування на фронт
24tv
2026-10-17T13:09:08Z
Протяги зникнуть, а вдома стане тепліше: що потрібно зробити з вхідними дверима
GlavRed
2026-10-17T13:06:12Z
На Запоріжжі окупанти стратили українських військовополонених – УВ "Південь"
Лига
2026-10-17T13:03:32Z
"Наш далекий тил": "Азов" спростував окупацію трьох сіл біля Добропілля – відео
Лига
2026-10-17T12:39:33Z
Дрони тричі влучили в німецький завод "Кромберг енд Шуберт" у Луцьку: він зупинив роботу
ZN UA
2026-10-17T11:24:52Z
Росію доводять до колапсу: які три удари можуть зламати систему Кремля
24tv
2026-10-17T14:06:55Z
Зеленський заявив про можливу зустріч із Путіним та розкрив наміри диктатора
GlavRed
2026-10-17T14:00:31Z
Довічне та 25 років колонії: у Росії засудили чотирьох мелітопольців у справі про підриви. Підсудні заявляли про катування
ГЛАВКОМ NET
2026-10-17T14:00:21Z
"Тиждень європейської сили": Сибіга підсумував результати підтримки України
5 UA
2026-10-17T13:57:46Z
Конфлікт Трампа із Зеленським створює серйозні ризики для України – Reuters
GlavRed
2026-10-17T13:54:35Z
У Німеччині стався гучний скандал із книжкою про війну РФ проти України: реакція мережі
Фокус
2026-10-17T13:51:46Z
Зеленський: Такої єдності ЄС навколо України ще не було
ГЛАВКОМ NET
2026-10-17T13:45:55Z
В Албанії протестувальники закидали поліцію камінням, правоохоронці застосували водомети
Европейская правда
2026-10-17T13:24:27Z
Як оскаржити штраф ТЦК за порушення військового обліку: що потрібно знати
24tv
2026-10-17T13:09:11Z
У Нью-Йорку після незаконних вуличних перегонів поліція заарештувала чотирьох і конфіскувала гоночний автомобіль
Топ Жир
2026-10-03T15:12:51Z
Перевірка авто по VIN-коду на AUTO.RIA – помічник покупця
Топ Жир
2026-10-17T06:48:24Z
Гумово-прутковий транспортер, ремонтувати чи купувати новий?
Agravery
2026-10-17T06:21:41Z
Kia Magentis 2008 з найменшим пробігом в Україні продають на Сумщині за цікаву ціну
Топ Жир
2026-10-16T17:36:48Z
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
Шахтар може втратити очки з Колосом: лідера УПЛ виснажує єврокубковий графік
Знай
2026-10-17T14:06:25Z
Гол Баени допоміг Атлетіко пробити голкіпера Еспаньйола
Football.ua
2026-10-17T14:03:34Z
Костюк отримала потенційних суперниць на тенісному турнірі в Китаї
ГЛАВКОМ NET
2026-10-17T14:00:16Z
Лідс розглядає Пайшана як потенційне підсилення у 2027 році
Football.ua
2026-10-17T13:57:01Z
Що відомо про Вордлі, який отримав титул Усика та готується до бою з Дюбуа
24tv
2026-10-17T13:54:26Z
Роналду будує фабрику у Португалії: що вироблятимуть за участі легендарного футболіста
24tv
2026-10-17T13:45:50Z
Браїм Діас може залишити Реал уже взимку
Football.ua
2026-10-17T13:30:38Z
Мартінеса винесли на ношах у матчі з Евертоном, а в АПЛ екстрено дебютував Пендерс
Football.ua
2026-10-17T13:21:26Z
Зірковий тренер запропонував власні послуги «Манчестер Юнайтед» – ЗМІ
ГЛАВКОМ NET
2026-10-17T13:15:28Z