IBM在實驗室研制出世界上首個2納米芯片

5月6日晚間，IBM公布了其在半導(dǎo)體設(shè)計和工藝方面的一項重要突破：全球首款采用2nm制程工藝的芯片，有助于將半導(dǎo)體行業(yè)提升到一個新的水平。與當(dāng)前主流的7nm芯片相比，IBM的2nm芯片性能預(yù)計提升45%，能耗降低75%。與當(dāng)前領(lǐng)先的5nm芯片相比，2nm芯片的體積也更小，速度也更快。

這款2nm芯片的應(yīng)用前景包括：使手機(jī)電池續(xù)航時間增至之前四倍,只需每四天為設(shè)備充一次電即可；大幅減少數(shù)據(jù)中心的碳排放量；顯著提升筆記本電腦的性能，比如更快運行應(yīng)用程序、完成語言翻譯和互聯(lián)網(wǎng)訪問；有助于自動駕駛汽車實現(xiàn)更快的目標(biāo)檢測和反應(yīng)時間。

從更具體的細(xì)節(jié)來看，IBM這款2nm芯片每平方毫米容納3.33億個晶體管，對比之下，臺積電5nm芯片每平方毫米容納1.713億個晶體管，三星5nm芯片每平方毫米容納1.27億個晶體管。

與7nm處理器相比，IBM推出的2nm芯片在相同功率下性能提升45%，能效則要高出75%。IBM指出，他們是第一個分別在2015年、2017年推出7nm、5nm的研究機(jī)構(gòu)，后者已從FinFET升級為納米片技術(shù)，從而可以更好地定制單個晶體管的電壓特性。IBM表示，該技術(shù)可以將500億個晶體管安裝到一個指甲大小的芯片上，從而使處理器設(shè)計人員擁有更多選擇，比如可以注入核心級創(chuàng)新來提高AI和云計算等前沿工作負(fù)載的功能，以及探尋硬件強(qiáng)制安全性和加密的新途徑等。

2nm新制程中的關(guān)鍵技術(shù)是環(huán)繞式柵極技術(shù)晶體管（Gate-All-Around/nanosheet，GAA），雖然IBM還沒有明確說明，但圖片顯示這款新的2nm處理器使用了three-stackGAA設(shè)計。在目前的新制程競爭中，三星計劃在3nm節(jié)點上推出GAA（三星將自己的技術(shù)稱為MBCFET）。其計劃在2020年底即開始MBCFET的風(fēng)險試產(chǎn)，2021年規(guī)模量產(chǎn)，同時在2021年推出第一代MBCFET的優(yōu)化版本。臺積電則仍希望在3nm上繼續(xù)使用FinFET，等到2nm芯片才會推出GAA。根據(jù)規(guī)劃，臺積電的2nm工藝會在2023年開始風(fēng)險試產(chǎn)，2024年量產(chǎn)。相比之下，可以預(yù)見英特爾將在其5nm工藝上引入某種形式的GAA。預(yù)計到2023年，這家公司會在5nm節(jié)點上放棄FinFET，轉(zhuǎn)向GAA。

雖然2nm制程工藝的芯片在性能和能耗方面都較當(dāng)前7nm和5nm更強(qiáng)，但很大程度上只是概念驗證，離上市還有很長一段時間。在2015年7月，同樣是IBM率先宣布制成了7nm芯片，而直到2019年下半年，人們才能買到帶有7nm芯片的手機(jī)。

近攝鏡頭下的2nm晶圓