Der neue Sub-1-nm-Chip von IBM integriert nahezu 100 Milliarden Transistoren auf einer Fläche in Fingernagelgröße – fast die doppelte Dichte des 2-nm-Chips, den IBM 2021 vorgestellt hat. Möglich wird dies durch eine Reihe struktureller und materialtechnischer Innovationen, darunter die bahnbrechende dreidimensionale Nanostack-Architektur von IBM. Diese zeigt, dass Leistungs- und Effizienzsteigerungen weiterhin möglich sind, selbst wenn sich Chipstrukturen Merkmalen im Bereich atomarer Dimensionen nähern.
Veröffentlichte technische Ergebnisse zeigen, dass der neue Chip voraussichtlich einen deutlichen Leistungssprung ermöglicht – bis zu 50 Prozent mehr Performance oder 70 Prozent höhere Energieeffizienz im Vergleich zu den 2-nm-Chips von IBM [1] – und damit Anwendungen von generativer KI über Cloud-Infrastruktur bis hin zu künftigen elektronischen Geräten massiv beschleunigt.
„Der jüngste Durchbruch von IBM in der Chiptechnologie markiert einen Wendepunkt im Computing und verschiebt die Technologie von der Nanometer-Ära in die Größenordnung von Atomen. Mit unserer neuen Nanostack-Architektur verkleinern wir nicht nur Transistoren, sondern definieren grundlegend neu, wie Chips aufgebaut werden, um deutlich mehr Leistung und Energieeffizienz zu erzielen“, sagte Jay Gambetta, Director of IBM Research und IBM Fellow. „Diese branchenweit erste Innovation setzt die Führungsrolle von IBM bei Zukunftstechnologien fort und bildet die Grundlage für die nächste Ära des Computings.“
Nanostack – Durchbruch im Chipdesign
Zur Herstellung dieses Chips haben Forschende von IBM eine völlig neue Transistorarchitektur entwickelt, genannt „Nanostack“ – das erste bekannte dreidimensionale, auf Nanosheet basierende Design der Branche. Nanostack stellt einen bedeutenden Fortschritt gegenüber der Nanosheet-Technologie dar, die in der Branche gegenwärtig führende Architektur, ebenfalls von IBM entwickelt. Das Nanostack-Design stapelt und versetzt Transistoren vertikal und nutzt eine 3D-sequenzielle Integration, um mehr Transistoren auf einem Chip unterzubringen. Darüber hinaus ermöglicht es den Einsatz unterschiedlicher Materialkombinationen in jeder Schicht, sodass Leistung und Energieeffizienz jedes Transistors unabhängig voneinander optimiert werden können.
Die Nanostack-Architektur von IBM wurde experimentell validiert – unter anderem durch ultradünnes dielektrisches Bonden in der CMOS-Integration, Nachweise für Dual-Channel-Engineering sowie funktionierende CMOS-Inverter, die die erwartete Schaltleistung zeigen. Diese Ergebnisse bestätigen, dass die Nanostack-Technologie praktisch umsetzbar ist und echte Rechenfunktionen unterstützt.
Zusätzlich zeigten Forschende von IBM auf der VLSI 2026, dass die Nanostack Architektur eine Skalierung von 40 Prozent für SRAM [2] ermöglicht und damit Chipentwicklern die Möglichkeit eröffnet, deutlich effizientere Chips zu entwickeln und gleichzeitig die Anforderungen an hohe Bandbreiten für fortschrittliche KI Workloads zu unterstützen.
Mit dieser bahnbrechenden Struktur können Halbleiterstrukturen erstmals unterhalb der 1-nm-Grenze entwickelt werden. Damit bewegt sich die Skalierung in den Ångström Bereich, in dem Dimensionen sich der Größe einzelner Atome annähern. Obwohl Technologieknoten heute eher eine Generation der Fertigungstechnologie als eine exakte physikalische Dimension bezeichnen, zeigt die IBM 0,7 nm Technologie – auch als 7 Ångström bezeichnet –, wie eine weitere Skalierung möglich ist. Mit der neuen Nanostack Architektur stellt die Halbleiter Roadmap von IBM mindestens ein weiteres Jahrzehnt an Skalierungspotenzial in Aussicht.
Jahrzehntelange Führungsrolle bei Halbleiterinnovation
Dieser Durchbruch unterstreicht die Rolle von IBM als ein führendes Unternehmen in der Forschung und Entwicklung im Halbleiterbereich. IBM hat über Jahrzehnte hinweg weltweit die Entwicklung von Chips vorangetrieben, die Computersysteme steuern – von frühen Halbleitern in den 1960er Jahren bis hin zum weltweit ersten 2 nm Chip. IBM arbeitet weiterhin an Innovationen von neuester Siliziumtechnologie, KI Hardware, Logik und Quantenprozessoren, um die Zukunft des Computings zu ermöglichen.
Die IBM und ihre Partner führen diese Arbeit in einer renommierten Halbleiter Forschungseinrichtung in Albany, New York, aus. Diese wird bald ein Lithografie System für extreme Ultraviolettstrahlung mit hoher numerischer Apertur (High NA EUV) beherbergen – essenziell für die künftige Skalierung von Halbleiter-Technologieknoten. Diese von ASML entwickelte Technologie ermöglicht eine hochpräzise Fertigung von Schaltkreisen und unterstützt die Herstellung kleinerer und leistungsfähigerer Chips. IBM und Partner – darunter die Lam Research Corp. (Nasdaq: LRCX), Tokyo Electron (TEL) und SCREEN Semiconductor Solutions, Ltd. – haben gemeinsam an neuen High NA EUV Prozessen und Tools gearbeitet, die bereits funktionsfähige Bauelemente hervorgebracht haben.
IBM hat außerdem kürzlich Pläne zur Gründung von Anderon bekannt gegeben, der weltweit ersten reinen Foundry für Quantum Chips. Anderon, ein eigenständiges IBM Unternehmen, wird auf die branchenweit führende Expertise von IBM in den Bereichen Quantencomputing und Halbleiter zurückgreifen, um die Vereinigten Staaten in die Lage zu versetzen, einen Großteil der weltweiten Quanten Wafer zu produzieren.
Mit der Erwartung einer möglichst frühen Einführung der Nanostack-Technologie im Sub-1 nm-Bereich sieht IBM einen Weg zur Produktionsreife bereits innerhalb der nächsten fünf Jahre.
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[1] S. Reboh et al “ NanoStack Transistor Architecture for CMOS 7A Node and Beyond“ VLSI 2025
[2] Chen Zhang et al „Area and Performance of Staggered-Channel Nanostack SRAM Bitcells” VLSI 2026
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