「指甲蓋」上集成500億晶體管！全球首款2nm芯片制程發布，未來手機四天一充電？

也許你都忘了，IBM曾是一家大牌的芯片制造商。

但它今天給我們提了個醒兒：全球第一個 2 納米芯片制造技術，誕生在了紐約州奧爾巴尼的IBM研究院。

每十年都是考驗摩爾定律極限的期限，以2021為開端的十年也不例外。

隨著極紫外（EUV）技術的到來，加上其他更多的技術改進，晶體管尺寸得以減少。但目前看來，這項技術已經趨于瓶頸。

據IBM稱，其新推出技術這種架構可以平衡性能與能源效率——比目前主流的7納米芯片快 45%，功耗減少 75%。

這個消息，就像一個重磅炸彈，在臺積電、三星、英特爾盤踞太久的芯片行業，讓IBM狠狠地刷了波存在感。

但必須澄清的是，雖然該工藝節點被稱為「2納米」，這個2nm跟傳統談論的線寬不一樣。

全球首個2納米芯片制造技術，但2納米的標簽你搞清了嗎

在過去，這個尺寸曾經是芯片上二維特征尺寸的等效度量，如90納米、65納米和40納米。

然而，隨著FinFET和其他3D晶體管設計的出現，現在的工藝節點名稱是對「等效2D晶體管」設計的解釋。一般用晶體管密度可以更準確的衡量，如同英特爾倡導的那樣。

例如，英特爾的7納米工藝將與臺積電的5納米工藝大致相同；臺積電的5納米工藝也甚至沒有50%的改進（它比7納米工藝只提供15%的改進），所以稱其為5納米工藝本身就有點牽強。根據IBM的說法，他們的「2納米」技術比臺積電的7納米工藝有大約50%的改進，這樣以來——即使按照當今最寬松的標準，也頂多是3.5納米技術。

但這不代表IBM的新消息沒有技術含量。

IBM表示，新芯片將在「手指甲大小」的芯片中配備多達500億個晶體管，這使得IBM的晶體管密度為每平方毫米3.33億個晶體管（MTr / mm 2）。

關于向全方位門/納米片晶體管的發展，雖然IBM沒有明確表示，但圖片顯示，這種新的2納米處理器采用了三層GAA設計。

此前，三星在3納米時引入GAA，而臺積電則要等到2納米。相比之下，英特爾將在其5納米工藝中引入某種形式的GAA。

該工藝包括每個鰭片中的三個門-周圍（GAA）納米片通道。極端紫外線（EUV）處理對于定義工藝中的小尺寸是必要的，但它允許納米片的寬度在15納米到70納米之間。為了呼應IBM早期在絕緣體上的硅（SOI）工作，該工藝包括一個底部電介質隔離，以實現12納米的門長。IBM已經開發了一種內隔板干式工藝，以提供精確的柵極尺寸控制。該工藝支持多種閾值電壓，用于SoC和高性能計算應用。這是首次在工藝的FEOL部分使用EUV圖案，使關鍵層的設計的所有階段都能使用EUV

據IBM稱，這項先進技術的潛在好處可能包括：

• 手機電池壽命翻兩番，只要求用戶每四天給他們的設備充電一次。

• 減少數據中心的碳足跡，這些中心占全球能源使用量的1%，即5.8億兆焦耳。將他們所有的服務器改為基于2納米的處理器，有可能大大減少這一數字。

• 大大加快筆記本電腦的功能，從快速處理應用程序，到更容易地協助語言翻譯，到更快的互聯網訪問。

• 有助于加快自動駕駛汽車等自主車輛的物體檢測和反應時間。

另外，這項技術將使數據中心的電源效率、太空探索、人工智能、5G和6G以及量子計算等領域受益。
全球芯片巨頭進程概覽，IBM有可能挑戰臺積電地位嗎？

好漢不復當年勇。藍色巨人IBM早就沒有芯片巨頭這一形象了。
想當年美國存儲器憑著Sematech聯盟崛起，也是靠IBM慷慨捐贈的一條晶圓線。
的確，IBM現已將其大量芯片生產外包給三星電子。在紐約州奧爾巴尼（Albany）仍保留著一個芯片制造研究中心。該中心負責對芯片進行試運行，并與三星和英特爾簽署了聯合技術開發協議，以使用IBM的芯片制造技術。
也就是在這里，IBM悶聲搞大事，加入了本屬于臺積電和三星的爭奪戰。
去年秋天，蘋果的M1和A14與華為的麒麟9000一起到來，成為首批基于臺積電5納米技術節點工藝的處理器。
另一邊，三星正在奮力追趕遲遲落后的五納米制程。
其他制造商，如AMD和高通，現在通常使用臺積電的7納米芯片（盡管高通的驍龍 888是在三星的5納米技術上制造的）。
而至于英特爾，這家芯片巨頭計劃在2025年和2027年分別完成3納米和2納米節點。在2023年之前該公司不太可能發布7納米處理器——它目前正在使用10納米和14納米芯片。但是必須承認，英特爾的芯片在相同的納米數字上往往比競爭對手有更大的晶體管密度。

與此同時，臺積電也在研究2納米工藝，其4納米芯片工藝有望在2021年底實現風險生產，3納米處理器預計將在2022年下半年推出，2納米版本也于2019年開始研究，目前正在開發中。
但雄心歸雄心，鎧甲還是很重要的。
先進納米制程所必須的極紫光刻機EUV，ASML在全球生產了100臺，其中70臺都歸臺積電。

IBM這項2納米芯片制造技術，還需要幾年時間才能推向市場。而屆時臺積電的3納米或早已稱新王了。
芯片上更多的晶體管也意味著處理器設計人員擁有更多的選擇。IBM已經在最新一代的IBM硬件中實現了其他創新的核心級增強功能，例如IBM POWER10和IBM z15。
但更強大、更高效的CPU正奔赴而來，這不值得興奮嗎？