技术|IBM推出全球首个2纳米芯片制造技术，产业前景如何？_芯片|突破|晶体管|行业|纳米

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搭载2纳米制程芯片的晶圆。图片来源：IBM

采访人员 | 彭新

在下一代制程竞争中， IBM宣布拔得头筹，成功推出世界上第一组2纳米芯片制程。
与目前的7纳米制程相比，该技术预计可提升芯片45％的性能，并降低75％的能耗。这意味着， 2纳米芯片将成为迄今为止最小、功能最强大的芯片，其潜在优势包括，将手机电池寿命延长近四倍，提升笔记本电脑的性能，并有助于加快自动驾驶汽车的物体检测和反应时间。由于可以降低能耗， 2纳米芯片还可以减少数据中心的碳足迹。
一直以来，通过提高芯片制程来提升芯片性能，是半导体行业的技术迭代重点。其原理是在不改变芯片体积的情况下，增加晶体管的数量，而晶体管就是处理数据的核心。 IBM称介绍称，一个指甲大小的2纳米芯片就能容纳多达500亿个晶体管，每条晶体管的体积相等于两条DNA链。
和目前主流FinFET架构不同， IBM 2纳米芯片采用的是Nanosheet（纳米片，又称环绕式结构GAA）架构，每个晶体管都由三层水平堆栈的纳米级硅片组成。
就此而言， IBM率先发表的2纳米制程芯片及生产技术仍位居全球领先位置。对于可能会有的漏电问题， IBM表示可以克服。

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在目前的先进制程竞争中，台积电与三星都已经进入5纳米制程阶段，而接下来也将陆续推进4纳米及3纳米，以及2纳米制程。英特尔则会从现有10纳米制程推进7纳米阶段，其中因为英特尔在制程规格定义上的晶体管密度较台积电及三星的定义更高，因此英特尔的7纳米制程约会介于台积电的5纳米至4纳米之间，但目前至少要等到2023年才会正式投产。
IBM以前也曾生产过芯片，但目前已把主要的芯片量产工作外包给三星电子，但有纽约州奥尔巴尼芯片制造研发中心用以试产，并与三星、英特尔签订联合技术开发协议，两家公司可以使用IBM的芯片制造技术。
目前，广泛商用的是7纳米以上制程芯片，最先进的则为台积电生产的5纳米芯片，仅在iPhone12等高端机型中应用，市场预计下一步主要芯片制程将会是3纳米。
如IBM所宣称，对于一般消费者来说，新技术使芯片降低75%能耗，潜在优势是可能将电池使用时间延长四倍，手机行业目前普遍的“一天一充” ，有望实现“四天一充” ，大幅提高用户体验。
“这可以说是一个突破， ”市场分析公司IDC的研究总监Peter Rudden称。 “我们已经看到半导体制造商从14纳米到10纳米再到7纳米， 7纳米对一些人来说已经是个真正的挑战。 ”
【技术|IBM推出全球首个2纳米芯片制造技术，产业前景如何？】Peter Rudden称，这一新工艺可用于人工智能设备，因为当前人工智能领域往往需要两个处理器，比如再来一块强大的显卡。具体而言，大幅降低能耗效率在个人设备中很有用，而性能提高则有利于大型数据中心。
由于芯片制程突破速度逐渐放缓，导致半导体产业处于突破“摩尔定律”的瓶颈，近10年来半导体行业规模增速仅维持在4%至6%之间，而且还在进一步放缓，由此体现出从5纳米制程突破到2纳米制程的意义。
IBM研究院高级副总裁兼院长Darío Gil指出， 2纳米制程芯片成败，最重要的关键还是在晶体管，因为运算领域其他一切都取决于晶体管的效能是否变得更好。每当有更先进晶体管技术出现，都对行业有重要推动作用。
IBM强调推进2纳米制程技术预期可带动更大规模计算应用，其中包括量子计算， AI ，以及进一步带动诸如自动驾驶、5G或日后的6G网络应用。
然而，虽然IBM率先开发出2纳米制程芯片及技术，但真的普及市场， IBM预估还要几年时间。