500億個電晶體整合在“指甲蓋”上！全球首個2nm晶片工藝釋出，未來手機四天充電一次？

在指甲大小的晶片上整合500億個電晶體？藍巨人說：我們做到了！近日，IBM公佈了他們的2nm技術，稱其比目前主流的7nm晶片快45%，功耗降低75%。而2nm的說法引發了對工藝節點名稱的新思考。

也許你已經忘了，IBM曾經是一家大牌晶片製造商。

但它讓今天的我們想起，世界上第一個2nm晶片製造技術誕生於紐約奧爾巴尼的IBM研究院。

IBM研究院奧爾巴尼工廠製造的2奈米晶片

每一個十年都是檢驗摩爾定律的時限，從2021年開始的十年也不例外。

隨著極紫外（EUV）技術的出現和其他更多的技術改進，電晶體尺寸已經減小。但目前看來，這項技術已經成為瓶頸。

據IBM介紹，它的新技術，這種架構，能夠平衡效能和能源效率——比目前主流的7nm晶片快45%，功耗少75%。

這一訊息猶如一顆重磅炸彈，讓IBM在臺積電、三星、英特爾佔據太久的晶片行業有了強烈的存在感。

然而，必須澄清的是，雖然工藝節點被稱為“2nm”，但這個2nm與傳統上討論的線寬是不同的。

全球首創的2nm晶片製造技術，但你想好2nm標籤了嗎

過去，這個尺寸曾經是晶片上二維特徵尺寸的等效度量，如90奈米、65奈米和40奈米。

然而，隨著FinFET和其他3D電晶體設計的問世，目前的工藝節點名稱是對“等效2D電晶體”設計的解釋。一般情況下，電晶體密度可以更精確地測量，就像英特爾所提倡的那樣。

比如英特爾的7nm製程將與臺積電的5nm製程大致相同；臺積電的5nm製程連h

ave一個50%的改進（它只提供了比7nm製程15%的改進），所以稱它為5nm製程本身有點牽強。按照IBM的說法，他們的“2nm”技術比臺積電的7nm技術要好50%左右，這樣即使按照今天最寬鬆的標準，也最多是3。5nm技術。

不過，這並不意味著IBM的新訊息就沒有技術含量。

IBM稱，新晶片將搭載多達500億元的“指甲蓋大小”晶片

電晶體，這使得IBM的電晶體密度為每平方毫米3。33億個電晶體（mtr/mm2）。

從下表可以得到更好的對比：

不同的鑄造廠有不同的官方名稱和不同的密度。值得注意的是，這些密度數字通常被列為電晶體組的峰值密度，其中芯片面積是峰值焦點，而不是頻率擴充套件——由於功率和熱考慮，處理器最快部分的密度通常是這些數字的一半

關於向全向柵極/奈米晶片電晶體的發展，雖然IBM沒有明確表示，但圖片顯示，這款新的2nm處理器採用了三層GAA設計。

IBM 2奈米矽製作工藝簡介：堆疊式GAA（其中GAA是“切入式環繞柵技術”的縮寫）

此前，三星在3nm推出GAA，臺積電則要等到2nm。相比之下，英特爾將在其5nm製程中引入某種形式的GAA。

該工藝在每個鰭片中包括三個柵周圍（GAA）奈米片通道。極紫外（EUV）處理是必要的，以定義過程中的小尺寸，但它允許奈米片的寬度在15奈米到70奈米之間。為了呼應IBM早期在絕緣體上矽（SOI）方面的工作，該工藝包括底部介質隔離，以實現12奈米的柵極長度。IBM開發了內擋板幹法工藝，提供精確的閘門尺寸控制。該工藝支援針對SoC和高效能計算應用的多種閾值電壓。這是EUV模式首次用於流程的FEOL部分，使得EUV能夠用於關鍵層設計的所有階段

據IBM稱，這項先進技術的潛在好處可能包括：

手機的電池壽命翻了兩番，要求使用者每四天只給裝置充電一次。

減少資料中心的碳足跡，這些資料中心佔全球能源使用量的1%，或5。8億兆焦耳。將他們的伺服器全部改為基於2nm的處理器可能會大大減少這個數字。

大大加快膝上型電腦的功能，從快速處理應用程式到更容易協助語言翻譯，再到更快的網際網路接入。

有助於加快自動駕駛汽車等自動駕駛車輛的物體檢測和反應時間。

此外，這項技術將使資料中心、太空探索、人工智慧、5G和6G和量子計算。

全球晶片巨頭製程概述，IBM有可能挑戰臺積電的地位嗎？

勇敢的人不再勇敢。藍色巨人IBM早已沒有晶片巨頭的形象。

想當年，美國記憶體與Sematech聯盟的崛起，也是IBM慷慨捐贈的晶圓線材。

的確，IBM現在已經將其大量的晶片生產外包給了三星電子。在紐約州奧爾巴尼市仍有一個晶片製造研究中心。該中心負責晶片的試執行，並與三星和英特爾簽署了聯合技術開發協議，使用IBM的晶片製造技術。

在紐約州奧爾巴尼附近，有許多著名的大學和研究中心：通用電氣的全球研發中心、IBM，以及幾個相關的晶圓廠

也就是在這裡，IBM閉上了嗓子，加入了臺積電和三星的爭奪戰。

去年秋天，蘋果的M1、A14與華為的麒麟9000走到了一起，成為首批基於臺積電5nm工藝節點技術的處理器。

另一方面，三星正在苦苦追趕延遲的5nm製程。

其他廠商，如AMD和高通，現在通常使用臺積電的7奈米晶片（儘管高通的驍龍888是在三星的5奈米工藝上製造的）。

至於英特爾，這家晶片巨頭計劃分別在2025年和2027年完成3nm和2nm節點。該公司在2023年之前釋出7nm處理器的可能性不大——它目前使用的是10nm和14nm晶片。但必須承認的是，英特爾的晶片在相同的奈米數上，電晶體密度往往比競爭對手更高。

同時，臺積電也在研究2nm製程。其4nm晶片工藝有望在2021年底實現冒險生產。3nm處理器預計將在2022年下半年推出。2nm版本也將在2019年進行研究，目前正在開發中。

但野心歸野心，護甲還是很重要的。

EUV和ASML

，是先進納米制程所必需的，在全球生產了100臺極紫光刻機，其中70臺屬於臺積電。

IBM的2nm晶片製造技術還需要數年時間才能推向市場。到那時臺積電的3nm可能已經被稱為新王者了。

晶片上更多的電晶體也意味著處理器設計人員有更多的選擇。IBM已經在最近的一個

其他創新的核心級增強功能，如IBM Power10和IBM Z15，在#年代已經在IBM硬體中實現。

但一個更強大、更高效的CPU正在到來。那不是很刺激嗎？