TSMC представи най-усъвършенствания микрочип в света

На 1 април тайванският производител TSMC представи най-усъвършенствания микрочип в света, произведен по 2 нанометров технологичен процес (2 nm). Масовото производство се очаква да започне през втората половина на годината и TSMC обещава, че новият чип ще представлява голяма стъпка напред в производителността и ефективността – потенциално променяйки технологичния пейзаж.

Микрочиповете са в основата на съвременните технологии и се намират в почти всички електронни устройства – от електрическите четки за зъби и смартфоните до лаптопите и домакинските уреди. Те се изработват чрез наслояване и гравиране на материали като силиций, за да се създадат микроскопични схеми, съдържащи милиарди транзистори.

Тези транзистори на практика са малки превключватели, които управляват потока на електричество и позволяват на компютрите да работят. По принцип колкото повече транзистори съдържа един чип, толкова по-бърз и по-мощен става той. Индустрията за производство на чипове постоянно се стреми да вгради повече транзистори в по-малка площ, което води до по-бързи, по-мощни и енергийно ефективни технологични устройства.

В сравнение с предишните най-усъвършенствани чипове, известни като 3 nm чипове, 2 nm технологията на TSMC би трябвало да донесе значителни ползи, включително 10-15% увеличение на изчислителната скорост при същото ниво на мощност или 20-30% намаление на консумацията на енергия при същата скорост.

Освен това плътността на транзисторите в 2 nm чиповете е увеличена с около 15% в сравнение с 3 nm технологията. Това би трябвало да позволи на устройствата да работят по-бързо, да консумират по-малко енергия и да управляват по-ефективно по-сложни задачи.

Индустрията за микрочипове в Тайван е тясно свързана с нейната сигурност. Понякога тя се нарича „силициев щит“, тъй като широкото ѝ икономическо значение стимулира САЩ и съюзниците да защитават Тайван от възможността за китайска инвазия.

Наскоро TSMC сключи сделка на стойност 100 млрд. щатски долара за изграждане на 5 нови завода в САЩ. Съществува обаче несигурност дали 2 nm чиповете могат да се произвеждат извън Тайван, тъй като някои служители се опасяват, че това може да подкопае сигурността на острова.

Създадена през 1987 година, TSMC, което е съкращение от Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, произвежда чипове за други компании. На Тайван се падат 60% от световния пазар на „леярските“ технологии (аутсорсинг на производството на полупроводници), като по-голямата част от тях идва само от TSMC.

Свръхмодерните микрочипове на TSMC се използват от други компании в широк спектър от устройства.

Тя произвежда процесорите от серията А на Apple, използвани в iPhone, iPad и Mac, произвежда графичните процесори (GPU) на Nvidia, използвани за приложения за машинно обучение и изкуствен интелект. TSMC също така произвежда процесорите Ryzen и EPYC на AMD, използвани от суперкомпютри по целия свят, и произвежда процесорите Snapdragon на Qualcomm, използвани от смартфоните на Samsung, Xiaomi, OnePlus и Google.

През 2020 година TSMC стартира специален процес за миниатюризация на микрочиповете, наречен 5 nm FinFET, който изигра решаваща роля в разработването на смартфони и високопроизводителни изчисления (HPC). HPC е практиката да се накарат множество процесори да работят едновременно върху сложни изчислителни проблеми.

Две години по-късно TSMC стартира 3 nm процес, базиран на още по-малки микрочипове. Това допълнително повиши производителността и енергийната ефективност. Процесорът от серията А на Apple например е базиран на тази технология.

Смартфоните, лаптопите и таблетите с 2 nm чипове ще могат да се възползват от по-добра производителност и по-дълъг живот на батерията. Това ще доведе до по-малки и по-леки устройства, без да се жертва мощността.

Ефективността и скоростта на 2 nm чиповете има потенциал да подобри приложенията, базирани на изкуствен интелект, като гласови асистенти, превод на езици в реално време и автономни компютърни системи (такива, които са проектирани да работят с минимално или никакво човешко участие).

Центровете за данни биха могли да се сблъскат с намалена консумация на енергия и подобрени възможности за обработка, допринасяйки за целите на екологичната устойчивост. Сектори като автономните превозни средства и роботиката биха могли да се възползват от повишената скорост на обработка и надеждност на новите чипове, което ще направи тези технологии по-безопасни и практични за широко разпространение.

Всичко това звучи многообещаващо, но въпреки че 2 nm чиповете представляват технологичен крайъгълен камък, те представляват и предизвикателство. Първото от тях е свързано със сложността на производството. Производството на 2 nm чипове изисква авангардни техники като екстремна ултравиолетова (EUV) литография. Този сложен и скъп процес увеличава производствените разходи и изисква изключително висока прецизност.

Друг голям проблем е топлината. Дори при относително по-ниска консумация, с намаляването на транзисторите и увеличаването на плътността управлението на разсейването на топлината се превръща в критично предизвикателство.

Прегряването може да повлияе на производителността и дълготрайността на чипа. Освен това при толкова малки мащаби традиционните материали като силиций могат да достигнат границите на своята производителност, което налага проучването на различни материали.

Въпреки това повишената изчислителна мощност, енергийната ефективност и миниатюризацията, които тези чипове позволяват, могат да бъдат врата към нова ера на потребителските и индустриалните компютри. По-малките чипове могат да доведат до пробив в утрешните технологии, създавайки устройства, които са не само мощни, но и дискретни и по-екологични.