芯片制程工藝里程碑！IBM正式發布2nm芯片

11月25日消息，據B站UP＠IBM中國發布的視頻來看，IBM已經創造出世界上第一個2nm節點芯片，該芯片最小元件比DNA單鏈還小，并且是全球晶體管數量最多的芯片，相當于整個世界樹木的10倍，而且其性能相比當前的7nm芯片提高了足足45％，如果將能耗比視為首位，其功耗也做到了比7nm芯片減少了75％。

芯片可容納500億晶體管

據悉，該芯片是在IBM研究院在其紐約州奧爾巴尼半導體研究機構設計和生產，根據IBM公布的芯片數據信息顯示，該2nm芯片可容納500億個2nm晶體管，這意味著在每平方毫米芯片上集成3．33億個晶體管。

與之相比，目前臺積電的5nm芯片制程約有1．71億個晶體管，而三星5nm制程每平方毫米約有1．27億個晶體管。這使得該芯片在計算速度方面翻了將近一倍。

IBM此次研發出來的芯片納米技術對半導體進行了更高級的擴展，這種架構是業界首創。IBM通過增加每個芯片上的晶體管數量可以讓芯片變得更小、更快、更可靠、更高效。2 nm芯片制程工藝設計的成功，意味著在IBM在宣布 5 納米設計研發成功之后，僅用了不到四年時間就再次實現技術突破。

在IBM這次研發的2nm芯片里，IBM用上了一個被稱為3D納米片堆疊的晶體管技術（nanosheet stacked transistor），它將NMOS晶體管堆疊在PMOS晶體管的頂部，而不是正常晶體管那樣并排放置，利用類似電子開關形成二進制數字1和0的變化。后者盡管有更快、更省電的作用，其最大的缺點是電子泄漏，而IBM的2nm芯片已經克服了這個問題。

與此同時，該芯片還使用了底部電介質隔離（bottom dielectric isolation）技術、內部空間干燥工藝（inner space dry process）技術、2nm EUV技術等，將有效改善原有晶體管技術存在的一些問題。

國際芯片制程工藝進展緩慢

一直以來，隨著現在芯片制程工藝逐漸逼近物理極限，網上正不斷傳出“摩爾定律將死”的傳聞，這或許與如今芯片制程進度緩慢有關。

目前，全球范圍內，有能力突破芯片10nm及以下先進制程技術的芯片廠商僅僅只有臺積電。三星兩家，但是近日也有消息稱這兩家廠商最新的3nm芯片制程工藝遇到了瓶頸，或許無法如期進入大規模量產階段。

此前，國際知名移動芯片廠商高通將旗下的驍龍888芯片交由三星使用其5nm芯片制程工藝代工，但其表現卻很讓人失望，在性能方面，高通驍龍888芯片采用的A78架構遠遠高于華為采用的過時架構A77，但在性能方面卻未能明顯超越華為，并且在功耗方面甚至不如對方，驍龍888的能耗比華為麒麟9000低了有40％，從此，高通的驍龍888芯片也就有了個別名——“火龍”，對此，人們普遍認為問題出在了三星的5nm制程工藝上。

而目前在芯片制程工藝上居于首位的臺積電也陷入了困境之中，在今年1月份的時候，臺積電決定將公司今年的資本支出增加到220億美元，全面備戰全新3nm芯片制程工藝，加緊在該工藝方面的進度。據悉，臺積電的3nm芯片制程工藝不僅晶體管密度提升了70％，性能提升了15％，而且功耗更低。并且，蘋果作為臺積電的首要客戶，早就預先承包了臺積電3nm制程的初期產能。

按理來說，在技術領先、產能、和訂單數量又很充足的情況下，臺積電本該迎來營收高峰，但是，臺積電的關鍵技術3nm芯片制程工藝在研發和量產方面卻出現了問題。

為了穩妥起見，臺積電的3nm芯片制程工藝使用的是保守的FinFET技術，但即便如此，臺積電對于3nm制程的開發依然不是很順利，據悉，為了開發3nm工藝，臺積電已經投入了2萬億新臺幣（折合人民幣4620億元）。臺積電本原本預定能在2021年第四季度實現量產3nm，但現在臺積電又改口說將在2022年下半年進行量產，至于以后是否還會繼續改口，就不得為知了。

隨著芯片制程工藝越來越接近摩爾定律的物理極限，其開發難度也越來越大，即使是在芯片制程工藝上深耕了如此長時間的臺積電和三星依舊陷入了困境，人類想要繼續維持摩爾定律向前發展，任重而道遠。

結語

雖然現在的半導體領域似乎陷入了困境，先進制程頻頻出現問題，但如今IBM已經成功研發出來了2nm芯片制程工藝，這將為全球的半導體領域注入新的活力，并促進整個半導體行業的發展，或將給臺積電與三星帶來新的思路。