IBM、1nmを切る半導体技術を発表 ―― 立体に積む「ナノスタック」とは

IBMが2026年6月25日、トランジスタの世代を表す数字が1ナノメートル（nm）を切る半導体技術を発表しました。同社が「世界初」と位置づける0.7nm（7オングストローム）の世代で、爪ほどの大きさのチップにおよそ1000億個のトランジスタを詰め込めるといいます。微細化はもう限界に近いと言われ続けてきたなかで、まだ伸びしろがあることを示した発表です。

どれくらい小さいかというと、0.7nmはDNAの二重らせんの幅（約2.5nm）よりさらに細い領域です。IBMによれば、赤血球1個（約7000nm）はこの新しい世代のノード1つの1万倍ほどの大きさにあたります。原子をいくつか並べた程度のスケールで構造を作る、という段階に入っています。

微細化の限界と「ノード」表記の実態

まず押さえておきたいのが、「○nm」という数字が、いまのトランジスタの実寸を表しているわけではない、という点です。かつてはトランジスタのゲート長（電流を制御する部分の長さ）を指していましたが、今は製造技術の世代名に近い意味で使われています。トランジスタが立体構造になり、昔のように一つの長さで測れなくなったためです。

いま実質的に効いてくるのは、同じ面積にどれだけ多くのトランジスタを詰め込めるか、という密度のほうです。密度が上がるとトランジスタ同士の距離が縮まり、電子が移動する距離が短くなるので、速く・省エネに動かせます。IBMの今回の成果も、寸法を一段縮めたというより、密度を引き上げる新しいやり方を見つけた、という話として読むのが正確です。

立体構造ナノスタックの仕組み

今回のカギになるのが、IBMが「ナノスタック（nanostack）」と呼ぶ新しいトランジスタ構造です。これまでは平面（x軸・y軸）の上にトランジスタを敷き詰めていく作り方が中心でしたが、ナノスタックはそこに高さ方向（z軸）を加えて、上へ積み上げます。横に並べる発想から、立体的に重ねる発想へ切り替えた、というのが要点です。

1個のトランジスタは3枚の薄いシート（ナノシート）でできていて、その1枚はシリコン原子およそ15列ぶんの厚さしかありません。IBMは2枚のウエハ（半導体の薄い円板）を貼り合わせ、片方を上下逆さにして重ねることで、この立体構造を作っています。これにより、2021年に発表した2nm世代と比べて、同じ面積に詰め込めるトランジスタの数をおよそ2倍にできたとしています。

密度・性能・効率の到達点

IBMが公表した技術データによれば、新しいチップは2nm世代と比べて、性能を最大50%引き上げるか、消費電力を最大70%抑えられるとされています。ここは読み違えやすいところで、「50%速くなり、かつ70%省エネになる」という両取りではなく、どちらかに振り分けられる、という意味です。用途に応じて速さを取るか省エネを取るかを選べる、と捉えるのが正確です。

あわせて、チップ内の高速メモリであるSRAMの集積度も40%向上したとしています。SRAMはAIの推論で頻繁に読み書きされる部分で、ここが詰まると処理全体の足を引っ張りやすい。メモリを物理的に小さくして同じ面積により多く積めるようにしたことが、AI向けの実用性につながる、というのがIBMの説明です。

AIの発熱・電力問題との接点

この発表が注目されるのは、AIの計算需要が急増し、データセンターの電力と発熱が現実的な悩みになっているからです。同じ計算をより少ない電力でこなせるチップは、そのまま運用コストと環境負荷に効いてきます。

IBMは応用の規模感として、いくつかの試算も示しています。現在広く使われるAI向けチップが毎秒およそ1500兆回（1500 TOPS）の演算をこなすのに対し、7オングストローム世代なら約6倍の9000 TOPS程度に届きうる、大規模言語モデルの学習にかかる時間を約3か月から数週間に縮められる可能性がある、といった見立てです。ただしこれらはあくまでIBM側の見積もりで、実機での測定値ではない点には注意がいります。

量産までの距離と製造パートナー

もう一つ大事なのが、これは研究段階の実証であって、すぐ製品になる話ではない、ということです。IBM自身、量産は少なくとも5年先になるとしています。新しい世代へ移るには、適した材料を見つけ、製造装置を整え、不良の少ない歩留まりを確保する、といった長い工程が必要で、技術を示すことと量産することの間にはまだ距離があります。

日本との関わりも触れておく価値があります。IBMは自社でチップを製造せず、技術を開発して製造企業にライセンス供与する立場で、過去にはサムスンや、日本のRapidus（ラピダス）がパートナーになってきました。Rapidusは現在2nmの量産を目指している段階で、今回のサブ1nm技術がどこで実際のチップになるかは、こうした製造側の進み具合とセットで決まっていきます。

解釈上の留意点

「世界初」「1nm未満」という言葉は耳目を引きますが、前述のとおり世代名であって物理的な寸法そのものではありません。性能・効率の数字も2nm世代を基準にした比較で、絶対値ではない点に留意がいります。IBMの担当者も、熱ノイズ（微細化が進むほど無視できなくなる熱由来の信号の乱れ）への対策や、既存システムへの組み込みなど、残る課題があると述べています。大きな前進であることは確かですが、手元の端末がすぐ速くなるという種類の話ではなく、これから数年かけて製造へ落とし込んでいく土台が示された、という受け止めが妥当です。