IBM dosiahlo vo vývoji výrobných technológií významný míľnik, ktorým si zatiaľ pripísalo prvenstvo v odvetví. Okolo technológie však zostáva veľa otáznikov, a tak sa zatiaľ môžeme opierať iba o zverejnené údaje a parametre. Podľa oznámenia IBM ako prvé prekonalo magickú hranicu 1 nm pri označovaní polovodičových výrobných procesov. Pod úroveň 10 angströmov sa pritom nedostalo iba tesne, ale pomerne výrazne: podarilo sa mu dosiahnuť 7 angströmov, čo zodpovedá 0,7 nm procesu. Ako sme si už zvykli, ani tentoraz táto hodnota nevyjadruje skutočné rozmery jednotlivých súčastí. Napriek tomu ide o významný pokrok, ku ktorému viedli tvorivé postupy.
V porovnaní s 2 nm výrobným procesom IBM prináša 0,7 nm technológia výrazné zlepšenie. Proces 7A umožňuje dosiahnuť až o 50 % vyšší výkon či až o 70 % vyššiu energetickú efektívnosť. Nová architektúra tranzistorov navyše umožňuje zvýšiť hustotu buniek SRAM o 40 %. Pri logických obvodoch môže byť zlepšenie v závislosti od konkrétneho návrhu ešte výraznejšie, čo predstavuje obrovskú výhodu oproti dnešným výrobným technológiám.
Ako sa podarilo dosiahnuť taký výrazný posun? Inžinieri spoločnosti počas výskumu a vývoja dospeli k záveru, že by stálo za to skúsiť fyzicky oddeliť tranzistory typu NFET a PFET. Pri tradičnom prístupe sa totiž nachádzajú na tom istom kremíkovom čipe. To bráni výraznejšiemu súbežnému zlepšovaniu oboch typov, pretože každý z nich by si vyžadoval odlišné materiály a postupy, čo sa v rámci jedného čipu jednoducho nedá dosiahnuť.
Preto vznikla technológia Nanostack Transistor. Jej podstatou je, že čipy obsahujúce tranzistory typu p a typu n sa po prvý raz vyrábajú na dvoch samostatných kremíkových doštičkách. Následne sa oba čipy spoja dielektrickou väzbou, čo sa v tejto oblasti doteraz nepoužívalo. Ak sa totiž oba typy tranzistorov nachádzajú na jednom čipe, ich súbežné zmenšovanie je čoraz náročnejšie.
Tranzistory typu p a typu n sa líšia nosičmi náboja. Pri tranzistoroch typu p, teda PNP, túto úlohu plnia diery vznikajúce v dôsledku chýbajúcich elektrónov, zatiaľ čo pri tranzistoroch typu n, teda NPN, náboj prenášajú elektróny. Tranzistory PNP sa okrem iného hodia na spínanie napájacieho napätia, kým tranzistory NPN slúžia na zosilňovanie signálu a výkonu či na rýchle spínanie. Tieto typy tranzistorov sa líšia elektrickými vlastnosťami, polaritou spínania aj ďalšími charakteristikami. Ak sa teda nachádzajú na tej istej kremíkovej doštičke, je ťažké vyvíjať ich tak, aby oba typy získali rovnako veľa a zároveň fungovali rovnako optimálne.
Aj preto ich IBM oddelilo. Takto ich možno vyvíjať a vyrábať nezávisle od seba, čím sa posúvajú hranice aj možnosti. Na konci procesu však inžinierov čaká ďalší krok: oba kremíkové čipy treba presne zarovnať a následne medzi nimi vytvoriť príslušnú väzbu. Tranzistory NPN a PNP tak môžu namiesto monolitického dvojrozmerného usporiadania vzniknúť v trojrozmernej podobe s vrstvami uloženými na sebe.
Ako sme už uviedli, tento prístup prináša množstvo výhod a zlepšuje parametre vo viacerých oblastiach. Zároveň však predražuje a komplikuje výrobu. Čipy ukladané na seba si vyžadujú presné zarovnanie, inak vznikne veľa nepodarkov a výťažnosť bude nízka. To ešte viac predraží výrobu, ktorá je už sama osebe nákladnejšia.
Trojrozmerná konštrukcia, teda vertikálne vrstvenie, sťažuje aj chladenie. Spodný čip totiž môže odvádzať teplo do chladiča iba cez čip nad ním, čo si vyžaduje kompromisy. Výzvou môže byť aj návrh obvodov: pri dvojvrstvovom usporiadaní je náročné správne viesť signálové a napájacie spoje, čo situáciu ďalej komplikuje. Túto špeciálnu výrobnú technológiu sa preto oplatí nasadiť iba vtedy, keď jej výhody vyvážia zložitejšiu realizáciu a drahšiu výrobu. V opačnom prípade by bola výroba stratová.
Dobrou správou je, že prvý testovací čip vyrobili ešte pomocou litografických zariadení Low-NA. Nejde síce o veľký a zložitý čip, keďže má iba veľkosť nechta, využitie tejto široko rozšírenej a vyzretej technológie však môže znamenať lacnejšiu a jednoduchšiu výrobu.
Pri High-NA by už situácia vyzerala inak. Maximálna plocha čipu, na ktorú možno preniesť vzor v jednom kroku, je totiž presne polovičná oproti maximu pri Low-NA. V takom prípade by bolo potrebné poskladať už aj tak zložitý čip z dvoch polovíc, čo by ďalej zvýšilo náklady a mohlo ešte znížiť výťažnosť. Táto generácia výrobnej technológie môže ešte využívať Low-NA, pri vývoji nasledujúcej generácie však už IBM počíta aj so špecifikami High-NA a novú výrobnú technológiu im prispôsobí.
Ak všetko pôjde dobre, výrobná technológia IBM 7A by sa mohla dostať do sériovej výroby do piatich rokov od oznámenia. Treba však zdôrazniť, že nejde o hotový výrobný proces, ktorý možno licencovať a rýchlo nasadiť do sériovej výroby. Je to súbor duševného vlastníctva, návrhov, patentov a dokumentácie z výskumu a vývoja, ktoré ešte treba pretaviť do konkrétnej výrobnej technológie použiteľnej v praxi.
