IBM Perkenalkan Chip Sub-1 Nm Pertama, Era Baru Semikonduktor

IBM kembali mencetak sejarah di industri semikonduktor dengan memperkenalkan teknologi chip sub-1 nanometer (nm) pertama di dunia. Terobosan ini diyakini menjadi langkah besar dalam pengembangan prosesor masa depan setelah industri chip mulai menghadapi tantangan fisik untuk terus mengecilkan ukuran transistor menggunakan pendekatan konvensional.

Diumumkan di Yorktown Heights, New York, teknologi terbaru tersebut mengusung arsitektur transistor revolusioner bernama nanostack, yang bekerja pada node 0,7 nanometer atau 7 angstrom. Teknologi ini tidak hanya menghadirkan transistor yang lebih kecil, tetapi juga mengubah cara chip modern dirancang dengan memanfaatkan struktur tiga dimensi yang lebih efisien.

Bagi industri semikonduktor, pencapaian ini menjadi tonggak penting karena selama beberapa tahun terakhir para produsen chip terus mencari cara baru untuk mempertahankan peningkatan performa tanpa harus bergantung pada metode miniaturisasi transistor yang semakin mendekati batas fisika material.

Hampir 100 Miliar Transistor dalam Ukuran Sekuku Jari

Salah satu keunggulan utama chip terbaru IBM adalah tingkat kepadatan transistor yang sangat tinggi. Chip ini mampu menampung hampir 100 miliar transistor pada sebuah keping silikon yang ukurannya hanya sebesar kuku jari manusia.

Jumlah tersebut hampir dua kali lebih padat dibandingkan chip 2 nanometer yang sebelumnya diperkenalkan IBM pada tahun 2021.

Semakin banyak transistor yang dapat ditempatkan dalam satu chip, semakin tinggi pula kemampuan pemrosesan data yang dapat dihasilkan. Di sisi lain, peningkatan kepadatan transistor juga membuka peluang untuk menghadirkan perangkat yang lebih hemat energi tanpa mengorbankan performa.

IBM menjelaskan bahwa pencapaian tersebut dimungkinkan berkat berbagai inovasi pada struktur transistor, penggunaan material baru, serta penerapan arsitektur tiga dimensi nanostack yang memungkinkan transistor ditumpuk secara vertikal.

Performa Lebih Tinggi, Konsumsi Daya Lebih Rendah

Selain meningkatkan kepadatan transistor, teknologi sub-1 nanometer IBM juga membawa peningkatan signifikan dari sisi performa maupun efisiensi energi.

Berdasarkan hasil penelitian teknis yang telah dipublikasikan, chip baru ini diproyeksikan mampu menghadirkan peningkatan performa hingga 50 persen dibandingkan chip IBM berbasis node 2 nanometer.

Sebagai alternatif, chip tersebut juga dapat dioperasikan dengan konsumsi energi yang 70 persen lebih rendah sambil tetap mempertahankan tingkat performa yang setara.

Peningkatan ini menjadi kabar baik bagi berbagai sektor industri yang membutuhkan kemampuan komputasi tinggi, seperti pengembangan Generative AI, pusat data (data center), komputasi cloud, superkomputer, kendaraan otonom, hingga perangkat elektronik generasi berikutnya.

Efisiensi daya yang lebih baik juga akan membantu mengurangi konsumsi listrik pusat data yang terus meningkat seiring pesatnya perkembangan teknologi kecerdasan buatan.

Nanostack, Pendekatan Baru dalam Membangun Chip

Jantung dari inovasi terbaru IBM adalah arsitektur transistor baru yang diberi nama nanostack. Jika teknologi nanosheet yang digunakan industri saat ini masih mengandalkan susunan transistor pada bidang yang relatif datar, nanostack membawa konsep baru dengan menyusun transistor secara vertikal dalam beberapa lapisan menggunakan teknik 3D Sequential Integration.

Pendekatan tiga dimensi tersebut memungkinkan lebih banyak transistor ditempatkan dalam area silikon yang sama tanpa harus memperbesar ukuran chip.

Tidak hanya meningkatkan kepadatan transistor, setiap lapisan transistor dalam nanostack juga dapat menggunakan kombinasi material yang berbeda sesuai kebutuhan. Artinya, masing-masing lapisan dapat dioptimalkan secara independen agar menghasilkan performa maksimal sekaligus efisiensi daya yang lebih tinggi.

Dengan kata lain, IBM tidak hanya memperkecil ukuran transistor, tetapi juga mengubah arsitektur dasar chip sehingga lebih fleksibel dalam menghadapi kebutuhan komputasi masa depan.

Telah Dibuktikan Melalui Berbagai Pengujian

IBM menegaskan bahwa teknologi nanostack bukan sekadar konsep penelitian. Para peneliti perusahaan telah melakukan berbagai pengujian eksperimental untuk memastikan teknologi tersebut benar-benar dapat diwujudkan menjadi chip yang berfungsi.

Pengujian tersebut mencakup teknik penyambungan dielektrik ultra-tipis pada integrasi CMOS, demonstrasi kemampuan rekayasa saluran ganda (dual-channel engineering), hingga pengoperasian inverter CMOS yang menunjukkan karakteristik perpindahan sinyal sesuai dengan perhitungan.

Hasil pengujian tersebut membuktikan bahwa arsitektur nanostack mampu menjalankan fungsi komputasi secara nyata dan berpotensi dikembangkan menuju tahap produksi massal.

SRAM Menjadi 40 Persen Lebih Efisien

Selain memperkenalkan chip sub-1 nanometer, IBM juga memaparkan hasil penelitian terbaru dalam ajang VLSI 2026. Dalam penelitian tersebut, IBM menunjukkan bahwa arsitektur nanostack mampu menghadirkan scaling SRAM hingga 40 persen.

SRAM merupakan salah satu komponen memori tercepat yang digunakan pada prosesor modern sebagai cache untuk mempercepat akses data. Kemampuan memperkecil ukuran SRAM memungkinkan produsen chip menempatkan kapasitas cache yang lebih besar tanpa memperluas ukuran chip.

Hal ini menjadi sangat penting karena aplikasi AI modern membutuhkan bandwidth memori yang semakin tinggi untuk memproses model dengan miliaran parameter secara efisien.

Membuka Era Baru Skala Angstrom

Selama beberapa dekade, perkembangan industri semikonduktor selalu diukur berdasarkan ukuran node manufaktur, mulai dari puluhan nanometer hingga kini mendekati satu nanometer. Melalui teknologi baru ini, IBM menjadi perusahaan pertama yang menunjukkan bahwa pengembangan chip masih dapat berlanjut hingga di bawah 1 nanometer, memasuki apa yang disebut sebagai era angstrom.

Sebagai informasi, satu angstrom setara dengan 0,1 nanometer, sehingga node 0,7 nanometer juga dikenal sebagai 7 angstrom. IBM menjelaskan bahwa istilah node saat ini tidak lagi mengacu pada ukuran fisik transistor secara langsung, melainkan lebih menggambarkan generasi teknologi manufaktur yang digunakan.

Meski demikian, demonstrasi chip 0,7 nanometer menunjukkan bahwa miniaturisasi transistor masih memiliki ruang untuk berkembang. Bahkan, roadmap IBM memperkirakan teknologi nanostack dapat menjadi fondasi pengembangan chip selama setidaknya sepuluh tahun ke depan.

Memperkuat Posisi IBM di Industri Semikonduktor

Terobosan terbaru ini semakin mengukuhkan posisi IBM sebagai salah satu perusahaan yang paling berpengaruh dalam riset semikonduktor.

Sejak era awal komputer modern pada dekade 1960-an, IBM telah menghasilkan berbagai inovasi penting, termasuk pengembangan teknologi transistor, prosesor berkinerja tinggi, hingga chip 2 nanometer yang diperkenalkan pada 2021.

Saat ini perusahaan juga aktif mengembangkan berbagai teknologi masa depan, mulai dari perangkat keras AI, prosesor logika, silikon generasi baru, hingga komputasi kuantum. Menurut Jay Gambetta, Director of IBM Research sekaligus IBM Fellow, pencapaian ini bukan hanya tentang menghadirkan transistor yang lebih kecil.

"Terobosan chip terbaru IBM menjadi momen penting dalam dunia komputasi karena membawa teknologi melampaui era nanometer menuju skala atom. Dengan arsitektur nanostack, kami tidak hanya memperkecil transistor, tetapi juga menciptakan kembali cara chip dibangun agar mampu menghasilkan performa dan efisiensi energi yang jauh lebih tinggi," ujarnya.

Didukung Ekosistem Riset Semikonduktor Tercanggih

Pengembangan teknologi sub-1 nanometer dilakukan di pusat penelitian semikonduktor IBM di Albany, New York, yang menjadi salah satu fasilitas riset chip paling maju di dunia.

Fasilitas tersebut akan segera dilengkapi mesin litografi High Numerical Aperture Extreme Ultraviolet (High NA EUV) buatan ASML, teknologi yang dianggap sangat penting untuk memproduksi chip generasi berikutnya.

IBM juga bekerja sama dengan sejumlah perusahaan besar seperti Lam Research, Tokyo Electron (TEL), dan SCREEN Semiconductor Solutions untuk mengembangkan proses manufaktur High NA EUV. Kolaborasi tersebut telah menghasilkan berbagai perangkat semikonduktor yang berfungsi sebagai fondasi menuju produksi chip generasi mendatang.

Menuju Produksi Komersial Lima Tahun Lagi

Selain memperkenalkan chip sub-1 nanometer, IBM juga tengah memperluas investasinya di bidang komputasi kuantum melalui pembentukan Anderon, perusahaan independen yang akan menjadi quantum foundry murni pertama di dunia.

Perusahaan tersebut akan memanfaatkan pengalaman IBM dalam teknologi semikonduktor dan komputasi kuantum untuk mendukung produksi wafer kuantum dalam skala besar.

Sementara itu, untuk teknologi nanostack, IBM memperkirakan implementasi komersial pertama dapat dimulai dalam sekitar lima tahun ke depan.

Jika target tersebut tercapai, chip berbasis node sub-1 nanometer berpotensi menjadi fondasi baru bagi berbagai perangkat komputasi masa depan, mulai dari server AI, superkomputer, smartphone, hingga pusat data berperforma tinggi yang lebih hemat energi.