關(guān)注 | IBM發(fā)布的真的是2nm芯片嗎？

眾所周知，IBM最近發(fā)布了2nm芯片，按照他們的說(shuō)法，這個(gè)芯片的密度為3.33億個(gè)晶體管/平方毫米（MTx / mm 2）；柵極長(zhǎng)度為12nm的44nm接觸式多節(jié)距（CPP）；基于IBM正在使用水平納米片（HNS）的橫截面，Gate All Around（GAA）可以采用多種方法進(jìn)行GAA；HNS疊層構(gòu)建在氧化物層之上；與最先進(jìn)的7nm芯片相比，性能提高45％，功耗降低75％；EUV圖案用于前端，可讓HNS片材寬度在15nm至70nm之間變化。這對(duì)于調(diào)整電路的各個(gè)區(qū)域以實(shí)現(xiàn)低功耗或高性能以及SRAM單元非常有用；sheet為5nm厚，堆疊為三層高。

但這真的是“ 2nm”嗎？臺(tái)積電是目前生產(chǎn)工藝技術(shù)的領(lǐng)導(dǎo)者。我們繪制了TSMC節(jié)點(diǎn)名稱與晶體管密度的關(guān)系圖，并擬合了0.99 R2值的曲線，見(jiàn)圖1。

使用曲線擬合，我們可以將晶體管密度轉(zhuǎn)換為TSMC等效節(jié)點(diǎn)（TEN）。使用曲線擬合，對(duì)于IBM宣布的333MTx / mm 2，我們得到2.9nm的TEN 。我們認(rèn)為這使公告成為3nm節(jié)點(diǎn)，而不是2nm節(jié)點(diǎn)。

為了更詳細(xì)地將IBM公告與之前宣布的3nm工藝和預(yù)計(jì)的2nm工藝進(jìn)行比較，我們需要進(jìn)行一些估算。

從公告中我們知道CPP為44nm。我們假設(shè)一個(gè)單擴(kuò)散中斷（SDB）將導(dǎo)致最密集的過(guò)程。

查看公告中的橫截面，我們看不到埋入式電源導(dǎo)軌（BPR），需要BPR才能將HNS軌道高度降低到5.0，因此我們假設(shè)該過(guò)程為6.0。

為了達(dá)到333MTx / mm 2，最小金屬間距必須為18nm，這是一個(gè)非常具有挑戰(zhàn)性的值，可能需要EUV多圖案。

IBM 2nm與晶圓代工廠的3nm

IBM 2nm和晶圓廠的2nm

功耗與性能

IBM推出的2nm芯片的重要意義

• 納米到納米是蘋果到橙子

長(zhǎng)期以來(lái)，計(jì)算機(jī)芯片的進(jìn)步一直以納米級(jí)的步伐進(jìn)行衡量。每一步降低都會(huì)產(chǎn)生更多的組件（最著名的是晶體管）被封裝到同一區(qū)域中。在過(guò)去的幾十年中，有一段時(shí)間納米命名法確實(shí)與某些芯片元件的尺寸匹配。但是那段時(shí)間已經(jīng)過(guò)去了。隨著芯片技術(shù)的進(jìn)步，對(duì)芯片組件的測(cè)量與每一代的命名約定分離。
十多年前，當(dāng)芯片成為FinFET的最后一次重大飛躍時(shí)（形狀像鰭的3D晶體管設(shè)計(jì)），該行業(yè)的節(jié)點(diǎn)數(shù)量幾乎毫無(wú)意義。
它與芯片上的任何尺寸都沒(méi)有關(guān)系。當(dāng)前正在爭(zhēng)論哪種新數(shù)字或數(shù)字組合可以更好地反映進(jìn)度。并且盡管這也被證明相當(dāng)復(fù)雜，但一位規(guī)范專家提出的是每平方毫米的晶體管密度。
要了解舊的命名約定如何造成混淆，請(qǐng)將英特爾的10納米芯片與臺(tái)積電的7納米芯片進(jìn)行比較。兩者實(shí)際上具有大致相等的晶體管密度，英特爾的每平方英寸1億個(gè)晶體管實(shí)際上要比臺(tái)積電的每平方毫米9千1百萬(wàn)個(gè)晶體管小。（如下圖有一個(gè)方便的表格，用于比較工藝尺寸和芯片的晶體管密度。）

IBM沒(méi)有明確宣布其芯片的晶體管密度。但是在伸手弄清楚他們指的是什么尺寸的“指甲”之后（該公司的代表說(shuō)大約為150平方毫米），該出版物AnandTech計(jì)算出IBM的新工藝每平方毫米將產(chǎn)生約3.33億個(gè)晶體管。的確，這超出了現(xiàn)在已經(jīng)生產(chǎn)中的任何芯片。也就是說(shuō)，臺(tái)積電為蘋果生產(chǎn)的3納米芯片每平方毫米可以擁有近3億個(gè)晶體管，并有望在明年投入生產(chǎn)。

• 納米片：摩爾定律的下一步？

也許更重要的消息是晶體管本身的設(shè)計(jì)。IBM的新技術(shù)被稱為納米片或全能門晶體管，是當(dāng)今FinFET晶體管期待已久的后續(xù)產(chǎn)品。自2017年以來(lái)，該公司一直在研究這項(xiàng)技術(shù)。
FinFET晶體管由一個(gè)鰭形溝道組成，該溝道在三側(cè)被“門”圍繞，該“門”控制電子的流動(dòng)。但是，IBM的納米片（或全能門）晶體管具有分層的通道。這些層被堆疊在彼此的頂部上，并且由柵極包圍上所有側(cè)面。最后一點(diǎn)是最關(guān)鍵的部分。環(huán)繞柵晶體管可更好地控制通過(guò)溝道的電流，防止泄漏并提高效率。

麻省理工學(xué)院專門研究新型晶體管技術(shù)的教授Jesúsdel Alamo告訴《連線》雜志：“這是一項(xiàng)令人興奮的技術(shù)。” “這是一個(gè)全新的設(shè)計(jì)，可以推動(dòng)未來(lái)的芯片路線圖?！?盡管IBM可能是第一個(gè)在此級(jí)別上展示該技術(shù)的公司，但它們可能不會(huì)是最后一個(gè)。三星和臺(tái)積電可能會(huì)效仿。
現(xiàn)在要對(duì)現(xiàn)在的生產(chǎn)芯片和使用IBM新晶體管的未來(lái)芯片進(jìn)行認(rèn)真的性能比較還為時(shí)過(guò)早，但是可以肯定地說(shuō)它們將提供顯著的改進(jìn)。分析公司VLSI Research的首席執(zhí)行官Dan Hutcheson告訴《連線》，IBM估計(jì)的性能改進(jìn)實(shí)際上似乎是保守的，并將這項(xiàng)工作稱為“行業(yè)里程碑”。

• 下一代芯片

您什么時(shí)候可以購(gòu)買帶有這些芯片之一的設(shè)備？可能不會(huì)。
盡管IBM仍在設(shè)計(jì)芯片，但它在2014年出售了其芯片制造業(yè)務(wù)。這項(xiàng)新技術(shù)來(lái)自其位于紐約州奧爾巴尼市的研究機(jī)構(gòu)，它是一個(gè)demo，而不是可用于生產(chǎn)的芯片。在未來(lái)的幾年中，IBM將完成該過(guò)程，屆時(shí)它可能會(huì)通過(guò)與英特爾和三星等合作伙伴的許可協(xié)議進(jìn)入生產(chǎn)芯片。
該行業(yè)在此期間不太可能會(huì)停滯不前。目前，芯片行業(yè)正在復(fù)興。
不再僅僅花費(fèi)數(shù)十億美元從傳統(tǒng)芯片上擰干幾滴。充滿活力和創(chuàng)新的產(chǎn)業(yè)煥發(fā)了活力，并為特殊目的（如AI）帶來(lái)了一系列奇特的設(shè)計(jì)。其中大部分發(fā)生在大公司之外。
多年來(lái)，風(fēng)險(xiǎn)資本再次涌入新興芯片公司，實(shí)際上，僅在2020年，就有超過(guò)120億美元流入了400多家芯片公司。
因此，即使在今年的芯片缺貨嚴(yán)重，但季風(fēng)似乎仍在聚集。
來(lái)源:半導(dǎo)體行業(yè)觀察