KANAL TEKNOLOGI – Selama lebih dari lima dekade, industri semikonduktor hidup dengan satu hukum tidak tertulis, yakni transistor harus terus diperkecil agar komputer, ponsel hingga kecerdasan buatan (AI) menjadi semakin cepat, hemat daya dan murah. Perjalanan itu dimulai dari ukuran puluhan mikrometer pada era 1970-an, kemudian menyusut menjadi 90 nm, 45 nm, 14 nm, 7 nm, 5 nm hingga kini memasuki era 2 nanometer.
Lalu muncul pertanyaan yang semakin sering dibahas, apakah chip 1 nanometer benar-benar akan hadir?
Jawabannya adalah ya, tetapi tidak sesederhana yang dibayangkan. Fabrikasi 1 nm bukan hanya soal membuat transistor lebih kecil. Justru tantangan terbesarnya adalah bagaimana hukum fisika mulai menjadi penghalang utama.
Angka Nanometer Tidak Lagi Mewakili Ukuran Fisik
Banyak orang mengira chip 3 nm berarti memiliki transistor selebar tiga nanometer. Kenyataannya tidak demikian.
Sejak sekitar satu dekade terakhir, istilah ‘3 nm’, ‘2 nm’, atau kelak ‘1 nm” lebih merupakan nama generasi teknologi manufaktur daripada ukuran transistor yang sebenarnya.
Perusahaan seperti TSMC, Samsung dan Intel menggunakan penamaan node sebagai indikator peningkatan kepadatan transistor, efisiensi energi dan performa. Artinya, chip 2 nm dari satu perusahaan belum tentu identik dengan chip 2 nm milik perusahaan lain.
Meski demikian, setiap generasi baru tetap membawa peningkatan jumlah transistor dalam luas silikon yang sama.
Mengapa Semua Berlomba Menuju 1 nm?
Semakin kecil transistor, semakin banyak transistor yang dapat ditempatkan dalam satu chip. Konsekuensinya sangat besar seperti prosesor menjadi lebih cepat, konsumsi listrik turun, panas yang dihasilkan lebih rendah, kemampuan AI meningkat drastis dan kapasitas komputasi pusat data bertambah tanpa harus memperbesar ukuran server.
Inilah sebabnya perusahaan raksasa seperti Apple, NVIDIA, AMD, Qualcomm, hingga penyedia layanan cloud sangat bergantung pada kemajuan teknologi fabrikasi.
Di era AI generatif, kebutuhan transistor bahkan tumbuh jauh lebih cepat dibandingkan perkembangan komputer konvensional.
Hambatan Terbesar Fisika
Masalah terbesar menuju 1 nm bukan lagi soal mesin produksi, melainkan hukum alam. Ukuran atom silikon sendiri hanya sekitar 0,2 nanometer. Ketika transistor semakin kecil, jarak antaratom menjadi sangat sempit.
Pada kondisi tersebut muncul fenomena quantum tunneling, yaitu elektron mampu ‘menembus’ penghalang yang seharusnya tidak dapat dilewati. Akibatnya transistor mengalami kebocoran arus listrik sehingga konsumsi daya meningkat dan chip menjadi tidak stabil. Fenomena ini membuat penyusutan transistor tidak bisa dilakukan hanya dengan metode lama.
Teknologi Gate-All-Around Menjadi Jembatan
Untuk mengatasi kebocoran listrik, industri mulai meninggalkan desain transistor FinFET yang selama bertahun-tahun mendominasi.
Sebagai gantinya digunakan arsitektur Gate-All-Around (GAA). Pada desain ini, gerbang transistor mengelilingi saluran listrik dari hampir seluruh sisi sehingga arus dapat dikontrol lebih presisi.
Samsung menjadi produsen pertama yang mulai menerapkan GAA pada produksi komersial, sementara TSMC dan Intel juga mengembangkan teknologi serupa untuk generasi berikutnya.
Namun GAA diperkirakan belum cukup jika industri benar-benar ingin mencapai fabrikasi sekitar 1 nm.
Material Baru Mulai Diuji
Silikon kemungkinan tidak akan menjadi satu-satunya material masa depan. Berbagai laboratorium di dunia sedang mengembangkan transistor berbasis material dua dimensi (2D Materials), seperti molybdenum disulfide (MoS₂), tungsten disulfide (WS₂), graphene, carbon nanotube.
Material-material tersebut memiliki ketebalan hanya beberapa lapis atom sehingga lebih cocok digunakan pada transistor berukuran ekstrem.
IBM, MIT, Stanford University, hingga berbagai lembaga penelitian di Jepang, Korea Selatan, Eropa, dan Taiwan telah menerbitkan berbagai hasil penelitian yang menunjukkan material tersebut mampu bekerja pada skala mendekati 1 nanometer. Meski demikian, tantangan produksi massalnya masih sangat besar.
Mesin Litografi Semakin Canggih
Selain material, proses pencetakan transistor juga harus berubah. Saat ini industri menggunakan mesin Extreme Ultraviolet Lithography (EUV) buatan perusahaan Belanda, ASML.
Teknologi berikutnya adalah High-NA EUV, yang memiliki resolusi jauh lebih tinggi sehingga mampu mencetak pola transistor lebih rapat. Harga satu mesin High-NA EUV diperkirakan melebihi US$350 juta.
Investasi pembangunan satu pabrik chip generasi terbaru bahkan dapat melampaui US$20 miliar. Karena itu hanya segelintir perusahaan di dunia yang mampu bersaing pada level teknologi ini.
Siapa yang Paling Dekat?
TSMC saat ini dianggap memimpin industri manufaktur semikonduktor dunia. Produksi massal teknologi 2 nm dijadwalkan mulai berlangsung pada 2026, sementara generasi berikutnya, sekitar 1,4 nm (A14), ditargetkan hadir sekitar 2028. Samsung juga terus mengembangkan proses GAA untuk mengejar ketertinggalan.
Intel, melalui roadmap 18A dan penerusnya, berupaya kembali menjadi pemain utama dengan desain transistor dan sistem pengemasan chip yang baru. Meski demikian, belum ada satu pun perusahaan yang mengumumkan jadwal produksi massal node bernama ‘1 nm’.
Mayoritas analis industri memperkirakan teknologi tersebut baru realistis muncul pada awal dekade 2030-an.
AI Menjadi Pendorong Terbesar
Jika dahulu perkembangan chip terutama didorong kebutuhan komputer pribadi dan smartphone, kini motor utamanya adalah kecerdasan buatan.
Model AI modern membutuhkan triliunan operasi matematika setiap detik. Semakin kecil transistor, semakin banyak unit pemrosesan yang dapat ditempatkan dalam satu chip AI.
Karena itulah perusahaan seperti NVIDIA, AMD, Google, Microsoft, Amazon, hingga OpenAI menjadi pelanggan utama teknologi fabrikasi terbaru.
Persaingan AI secara tidak langsung mempercepat investasi menuju node yang lebih kecil.
Apakah Setelah 1 nm Perkembangan Akan Berhenti?
Belum tentu. Para peneliti sudah mulai mengeksplorasi konsep komputasi yang sama sekali berbeda, seperti chip fotonik yang menggunakan cahaya, komputasi kuantum, spintronik, hingga transistor berbasis material atom tunggal.
Artinya, masa depan industri semikonduktor kemungkinan tidak lagi hanya ditentukan oleh seberapa kecil ukuran transistor, tetapi juga oleh inovasi arsitektur, material, dan cara baru dalam melakukan komputasi.
Kesimpulan
Fabrikasi 1 nanometer bukan sekadar langkah berikutnya dalam evolusi semikonduktor, melainkan titik di mana batas teknologi bertemu dengan batas fisika.
Perjalanan menuju node tersebut membutuhkan inovasi pada hampir seluruh aspek seperti material, desain transistor, mesin litografi, hingga metode produksi.
Meski belum memasuki tahap produksi massal, fondasi menuju 1 nm sudah mulai dibangun melalui teknologi Gate-All-Around, material dua dimensi, dan mesin High-NA EUV.
Dengan pesatnya perkembangan AI serta meningkatnya kebutuhan komputasi global, perlombaan menuju 1 nm diperkirakan akan menjadi salah satu kompetisi teknologi paling penting dalam satu dekade mendatang. Siapa yang berhasil mencapainya lebih dulu tidak hanya akan memimpin industri chip, tetapi juga menentukan arah perkembangan komputer, smartphone, kendaraan otonom, dan kecerdasan buatan di masa depan.
Sumber :
TSMC – roadmap teknologi A14 (≈1,4 nm) dan N2.
Intel – roadmap Intel 18A dan teknologi RibbonFET.
Samsung Electronics – pengembangan Gate-All-Around (GAA).
ASML – teknologi EUV dan High-NA EUV.
Jurnal ilmiah: Nature, Nature Electronics, dan IEEE Spectrum yang secara rutin membahas transistor 2D, graphene, carbon nanotube, serta roadmap semikonduktor.
Penulis : Achmad Udin
Editor : MAD
