IBM在實驗室研制出世界上首個2納米芯片

5月6日晚間，IBM公布了其在半導體設計和工藝方面的一項重要突破：全球首款采用2nm制程工藝的芯片，有助于將半導體行業提升到一個新的水平。與當前主流的7nm芯片相比，IBM的2nm芯片性能預計提升45%，能耗降低75%。與當前領先的5nm芯片相比，2nm芯片的體積也更小，速度也更快。

這款2nm芯片的應用前景包括：使手機電池續航時間增至之前四倍,只需每四天為設備充一次電即可；大幅減少數據中心的碳排放量；顯著提升筆記本電腦的性能，比如更快運行應用程序、完成語言翻譯和互聯網訪問；有助于自動駕駛汽車實現更快的目標檢測和反應時間。

從更具體的細節來看，IBM這款2nm芯片每平方毫米容納3.33億個晶體管，對比之下，臺積電5nm芯片每平方毫米容納1.713億個晶體管，三星5nm芯片每平方毫米容納1.27億個晶體管。

與7nm處理器相比，IBM推出的2nm芯片在相同功率下性能提升45%，能效則要高出75%。IBM指出，他們是第一個分別在2015年、2017年推出7nm、5nm的研究機構，后者已從FinFET升級為納米片技術，從而可以更好地定制單個晶體管的電壓特性。IBM表示，該技術可以將500億個晶體管安裝到一個指甲大小的芯片上，從而使處理器設計人員擁有更多選擇，比如可以注入核心級創新來提高AI和云計算等前沿工作負載的功能，以及探尋硬件強制安全性和加密的新途徑等。

2nm新制程中的關鍵技術是環繞式柵極技術晶體管（Gate-All-Around/nanosheet，GAA），雖然IBM還沒有明確說明，但圖片顯示這款新的2nm處理器使用了three-stackGAA設計。在目前的新制程競爭中，三星計劃在3nm節點上推出GAA（三星將自己的技術稱為MBCFET）。其計劃在2020年底即開始MBCFET的風險試產，2021年規模量產，同時在2021年推出第一代MBCFET的優化版本。臺積電則仍希望在3nm上繼續使用FinFET，等到2nm芯片才會推出GAA。根據規劃，臺積電的2nm工藝會在2023年開始風險試產，2024年量產。相比之下，可以預見英特爾將在其5nm工藝上引入某種形式的GAA。預計到2023年，這家公司會在5nm節點上放棄FinFET，轉向GAA。

雖然2nm制程工藝的芯片在性能和能耗方面都較當前7nm和5nm更強，但很大程度上只是概念驗證，離上市還有很長一段時間。在2015年7月，同樣是IBM率先宣布制成了7nm芯片，而直到2019年下半年，人們才能買到帶有7nm芯片的手機。

近攝鏡頭下的2nm晶圓