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编译 | 温淑 芯东西5月7日报道,昨日,美国科技企业IBM发布全球首个2nm制程芯片制造技术。 目前该技术仍在概念验证阶段,可能还需几年才能投入市场。路透社报道称,IBM已与三星、英特尔签署了联合开发协议。
编辑 | 心缘
从理论上来说,2nm制程芯片相比现有可量产的7nm、5nm制程芯片,在晶体管密度、性能、功耗等方面能实现大幅提升。 IBM预计,2nm制程技术或能实现在“指甲盖”大小的芯片上集成约500亿晶体管;据国外科技媒体AnandTech报道,IBM 2nm制程或能在每平方毫米芯片上集成3.33亿个晶体管。相比之下,台积电5nm制程每平方毫米约有1.71亿个晶体管,三星5nm制程每平方毫米约有1.27亿个晶体管。 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并未说明对比的7nm芯片是由台积电还是三星生产。
用纳米级绝缘材料防“漏电”,采用GAA工艺
构成芯片的基本单元晶体管,可被视作是控制电流的开关。随着芯片制造制程渐趋先进,单个晶体管开关的“尺寸”越来越小,其对电流的控制能力受到影响,即使在关闭状态下也可能发生“漏电”。这也是实现先进制程的一大难题。 IBM高级副总裁兼IBM研究院(IBM Research)主管Darío Gil在接受路透社采访时称,IBM科学家通过使用几纳米厚的绝缘材料来阻止电流泄露,以解决上述问题。
根据IBM发布的新闻稿,2nm制程芯片制造技术,能够助力手机、数据中心、PC、自动驾驶等领域应用实现性能飞跃。 具体来说,在手机领域,2nm制程芯片或能使手机电池续航时间“翻两番”,即用户每4天为手机充电一次。 数据中心目前占据了全球1%的能源消耗,通过将处理器替换为2nm制程产品可大大降低这一数字。 对于PC产品来说,2nm制程芯片有助于加快应用程序处理速度、更容易地翻译语言、更快速地接入互联网。 在自动驾驶领域,2nm芯片能够助力目标检测算法更快运行,进而帮助提升自动驾驶汽车的反应时间。
已与三星英特尔签约,采取合作研发模式
在IBM全球首发2nm芯片制造技术背后,该公司在半导体领域已有几十年的研发历史,此前还曾全球首发7nm、5nm芯片制造技术。 Darío Gil称:“这(发布全球首个2nm芯片制造技术)是一个示范,表明了持续投资和合作研发的生态系统能够带来突破性的进展。” IBM研究院旗下共有12个实验室,分布在美国纽约、加州、德州等多个地区。 据悉,IBM的半导体研发工作主要由位于纽约州首府奥尔巴尼的实验室承担。在该实验室中,IBM科学家与公共或私营部门的合作伙伴共同进行技术攻关。本次发布的2nm芯片制造技术的研发工作也由这个实验室承担。 2014年,IBM将芯片制造业务出售给了美国芯片制造商格罗方德,目前不具备芯片规模量产能力。据路透社报道,IBM已与芯片制造商三星和英特尔签署了使用IBM芯片制造技术的联合开发协议。
尚处于概念验证阶段,商用价值仍待挖掘
从理论上来说,IBM发布的2nm芯片制造技术能够较5nm技术实现大幅性能提升。但是,该2nm芯片制造技术还处于概念验证阶段,离具备商用价值任重道远。 目前,全球突破10nm及以下先进制程生产工艺的玩家仅有台积电和三星。两家公司的10nm、7nm、5nm制程均已实现商用,目前正进行3nm攻关。 根据此前台积电公布相关信息,相比5nm制程,3nm相同功耗下性能可提升10~15%,预计能在2021年第四季度实现量产。
结语:绝缘材料来“救场”,摩尔定律仍有希望
随着芯片制程逼近物理极限,有关“摩尔定律将死”的预言时不时就会出现。但是,每当人类科学站在下一代制程节点“面前”,总有新的技术涌现出来,维持着摩尔定律继续向前发展。目前,IBM全球首发的2nm芯片制造技术距离商用量产还需要更多时间与技术累积。尽管如此,这亦说明了或许这场人类对先进芯片制程的追逐战,远未到达终局。
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