IBM全球首發(fā)2nm！3.33億晶體管/mm2，性能比7nm芯片高45%
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編譯 | 溫淑 芯東西5月7日?qǐng)?bào)道，昨日，美國(guó)科技企業(yè)IBM發(fā)布全球首個(gè)2nm制程芯片制造技術(shù)。 目前該技術(shù)仍在概念驗(yàn)證階段，可能還需幾年才能投入市場(chǎng)。路透社報(bào)道稱，IBM已與三星、英特爾簽署了聯(lián)合開發(fā)協(xié)議。
編輯 | 心緣
從理論上來(lái)說(shuō)，2nm制程芯片相比現(xiàn)有可量產(chǎn)的7nm、5nm制程芯片，在晶體管密度、性能、功耗等方面能實(shí)現(xiàn)大幅提升。 IBM預(yù)計(jì)，2nm制程技術(shù)或能實(shí)現(xiàn)在“指甲蓋”大小的芯片上集成約500億晶體管；據(jù)國(guó)外科技媒體AnandTech報(bào)道，IBM 2nm制程或能在每平方毫米芯片上集成3.33億個(gè)晶體管。相比之下，臺(tái)積電5nm制程每平方毫米約有1.71億個(gè)晶體管，三星5nm制程每平方毫米約有1.27億個(gè)晶體管。 性能和功耗方面，相比7nm芯片，2nm芯片的性能可提升45%、功耗有望降低75%。IBM并未說(shuō)明對(duì)比的7nm芯片是由臺(tái)積電還是三星生產(chǎn)。
用納米級(jí)絕緣材料防“漏電”，采用GAA工藝
構(gòu)成芯片的基本單元晶體管，可被視作是控制電流的開關(guān)。隨著芯片制造制程漸趨先進(jìn)，單個(gè)晶體管開關(guān)的“尺寸”越來(lái)越小，其對(duì)電流的控制能力受到影響，即使在關(guān)閉狀態(tài)下也可能發(fā)生“漏電”。這也是實(shí)現(xiàn)先進(jìn)制程的一大難題。 IBM高級(jí)副總裁兼IBM研究院（IBM Research）主管Darío Gil在接受路透社采訪時(shí)稱，IBM科學(xué)家通過(guò)使用幾納米厚的絕緣材料來(lái)阻止電流泄露，以解決上述問(wèn)題。
根據(jù)IBM發(fā)布的新聞稿，2nm制程芯片制造技術(shù)，能夠助力手機(jī)、數(shù)據(jù)中心、PC、自動(dòng)駕駛等領(lǐng)域應(yīng)用實(shí)現(xiàn)性能飛躍。 具體來(lái)說(shuō)，在手機(jī)領(lǐng)域，2nm制程芯片或能使手機(jī)電池續(xù)航時(shí)間“翻兩番”，即用戶每4天為手機(jī)充電一次。 數(shù)據(jù)中心目前占據(jù)了全球1%的能源消耗，通過(guò)將處理器替換為2nm制程產(chǎn)品可大大降低這一數(shù)字。 對(duì)于PC產(chǎn)品來(lái)說(shuō)，2nm制程芯片有助于加快應(yīng)用程序處理速度、更容易地翻譯語(yǔ)言、更快速地接入互聯(lián)網(wǎng)。 在自動(dòng)駕駛領(lǐng)域，2nm芯片能夠助力目標(biāo)檢測(cè)算法更快運(yùn)行，進(jìn)而幫助提升自動(dòng)駕駛汽車的反應(yīng)時(shí)間。
已與三星英特爾簽約，采取合作研發(fā)模式
在IBM全球首發(fā)2nm芯片制造技術(shù)背后，該公司在半導(dǎo)體領(lǐng)域已有幾十年的研發(fā)歷史，此前還曾全球首發(fā)7nm、5nm芯片制造技術(shù)。 Darío Gil稱：“這（發(fā)布全球首個(gè)2nm芯片制造技術(shù)）是一個(gè)示范，表明了持續(xù)投資和合作研發(fā)的生態(tài)系統(tǒng)能夠帶來(lái)突破性的進(jìn)展。” IBM研究院旗下共有12個(gè)實(shí)驗(yàn)室，分布在美國(guó)紐約、加州、德州等多個(gè)地區(qū)。 據(jù)悉，IBM的半導(dǎo)體研發(fā)工作主要由位于紐約州首府奧爾巴尼的實(shí)驗(yàn)室承擔(dān)。在該實(shí)驗(yàn)室中，IBM科學(xué)家與公共或私營(yíng)部門的合作伙伴共同進(jìn)行技術(shù)攻關(guān)。本次發(fā)布的2nm芯片制造技術(shù)的研發(fā)工作也由這個(gè)實(shí)驗(yàn)室承擔(dān)。 2014年，IBM將芯片制造業(yè)務(wù)出售給了美國(guó)芯片制造商格羅方德，目前不具備芯片規(guī)模量產(chǎn)能力。據(jù)路透社報(bào)道，IBM已與芯片制造商三星和英特爾簽署了使用IBM芯片制造技術(shù)的聯(lián)合開發(fā)協(xié)議。
尚處于概念驗(yàn)證階段，商用價(jià)值仍待挖掘
從理論上來(lái)說(shuō)，IBM發(fā)布的2nm芯片制造技術(shù)能夠較5nm技術(shù)實(shí)現(xiàn)大幅性能提升。但是，該2nm芯片制造技術(shù)還處于概念驗(yàn)證階段，離具備商用價(jià)值任重道遠(yuǎn)。 目前，全球突破10nm及以下先進(jìn)制程生產(chǎn)工藝的玩家僅有臺(tái)積電和三星。兩家公司的10nm、7nm、5nm制程均已實(shí)現(xiàn)商用，目前正進(jìn)行3nm攻關(guān)。 根據(jù)此前臺(tái)積電公布相關(guān)信息，相比5nm制程，3nm相同功耗下性能可提升10～15%，預(yù)計(jì)能在2021年第四季度實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)。
結(jié)語(yǔ)：絕緣材料來(lái)“救場(chǎng)”，摩爾定律仍有希望
隨著芯片制程逼近物理極限，有關(guān)“摩爾定律將死”的預(yù)言時(shí)不時(shí)就會(huì)出現(xiàn)。但是，每當(dāng)人類科學(xué)站在下一代制程節(jié)點(diǎn)“面前”，總有新的技術(shù)涌現(xiàn)出來(lái)，維持著摩爾定律繼續(xù)向前發(fā)展。目前，IBM全球首發(fā)的2nm芯片制造技術(shù)距離商用量產(chǎn)還需要更多時(shí)間與技術(shù)累積。盡管如此，這亦說(shuō)明了或許這場(chǎng)人類對(duì)先進(jìn)芯片制程的追逐戰(zhàn)，遠(yuǎn)未到達(dá)終局。
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