11月25日消息，據(jù)B站UP＠IBM中國(guó)發(fā)布的視頻來(lái)看，IBM已經(jīng)創(chuàng)造出世界上第一個(gè)2nm節(jié)點(diǎn)芯片，該芯片最小元件比DNA單鏈還小，并且是全球晶體管數(shù)量最多的芯片，相當(dāng)于整個(gè)世界樹(shù)木的10倍，而且其性能相比當(dāng)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(jù)悉，該芯片是在IBM研究院在其紐約州奧爾巴尼半導(dǎo)體研究機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)和生產(chǎn)，根據(jù)IBM公布的芯片數(shù)據(jù)信息顯示，該2nm芯片可容納500億個(gè)2nm晶體管，這意味著在每平方毫米芯片上集成3．33億個(gè)晶體管。

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

IBM此次研發(fā)出來(lái)的芯片納米技術(shù)對(duì)半導(dǎo)體進(jìn)行了更高級(jí)的擴(kuò)展，這種架構(gòu)是業(yè)界首創(chuàng)。IBM通過(guò)增加每個(gè)芯片上的晶體管數(shù)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(shè)計(jì)的成功，意味著在IBM在宣布 5 納米設(shè)計(jì)研發(fā)成功之后，僅用了不到四年時(shí)間就再次實(shí)現(xiàn)技術(shù)突破。

在IBM這次研發(fā)的2nm芯片里，IBM用上了一個(gè)被稱(chēng)為3D納米片堆疊的晶體管技術(shù)（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(lèi)似電子開(kāi)關(guān)形成二進(jìn)制數(shù)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(diǎn)是電子泄漏，而IBM的2nm芯片已經(jīng)克服了這個(gè)問(wèn)題。

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

國(guó)際芯片制程工藝進(jìn)展緩慢

一直以來(lái)，隨著現(xiàn)在芯片制程工藝逐漸逼近物理極限，網(wǎng)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(jìn)度緩慢有關(guān)。

目前，全球范圍內(nèi)，有能力突破芯片10nm及以下先進(jìn)制程技術(shù)的芯片廠商僅僅只有臺(tái)積電。三星兩家，但是近日也有消息稱(chēng)這兩家廠商最新的3nm芯片制程工藝遇到了瓶頸，或許無(wú)法如期進(jìn)入大規(guī)模量產(chǎn)階段。

此前，國(guó)際知名移動(dòng)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(xiàn)卻很讓人失望，在性能方面，高通驍龍888芯片采用的A78架構(gòu)遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于華為采用的過(guò)時(shí)架構(gòu)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(duì)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(gè)別名——“火龍”，對(duì)此，人們普遍認(rèn)為問(wèn)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(tái)積電也陷入了困境之中，在今年1月份的時(shí)候，臺(tái)積電決定將公司今年的資本支出增加到220億美元，全面?zhèn)鋺?zhàn)全新3nm芯片制程工藝，加緊在該工藝方面的進(jìn)度。據(jù)悉，臺(tái)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(píng)果作為臺(tái)積電的首要客戶，早就預(yù)先承包了臺(tái)積電3nm制程的初期產(chǎn)能。

按理來(lái)說(shuō)，在技術(shù)領(lǐng)先、產(chǎn)能、和訂單數(shù)量又很充足的情況下，臺(tái)積電本該迎來(lái)營(yíng)收高峰，但是，臺(tái)積電的關(guān)鍵技術(shù)3nm芯片制程工藝在研發(fā)和量產(chǎn)方面卻出現(xiàn)了問(wèn)題。

為了穩(wěn)妥起見(jiàn)，臺(tái)積電的3nm芯片制程工藝使用的是保守的FinFET技術(shù)，但即便如此，臺(tái)積電對(duì)于3nm制程的開(kāi)發(fā)依然不是很順利，據(jù)悉，為了開(kāi)發(fā)3nm工藝，臺(tái)積電已經(jīng)投入了2萬(wàn)億新臺(tái)幣（折合人民幣4620億元）。臺(tái)積電本原本預(yù)定能在2021年第四季度實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)3nm，但現(xiàn)在臺(tái)積電又改口說(shuō)將在2022年下半年進(jìn)行量產(chǎn)，至于以后是否還會(huì)繼續(xù)改口，就不得為知了。

隨著芯片制程工藝越來(lái)越接近摩爾定律的物理極限，其開(kāi)發(fā)難度也越來(lái)越大，即使是在芯片制程工藝上深耕了如此長(zhǎng)時(shí)間的臺(tái)積電和三星依舊陷入了困境，人類(lèi)想要繼續(xù)維持摩爾定律向前發(fā)展，任重而道遠(yuǎn)。

結(jié)語(yǔ)

雖然現(xiàn)在的半導(dǎo)體領(lǐng)域似乎陷入了困境，先進(jìn)制程頻頻出現(xiàn)問(wèn)題，但如今IBM已經(jīng)成功研發(fā)出來(lái)了2nm芯片制程工藝，這將為全球的半導(dǎo)體領(lǐng)域注入新的活力，并促進(jìn)整個(gè)半導(dǎo)體行業(yè)的發(fā)展，或?qū)⒔o臺(tái)積電與三星帶來(lái)新的思路。