台积电助力“挖矿” IBM 2nm已悄然超车

Posted 2021-05-13 52RD

据路透社报道，IBM于5月6日全球首发2纳米制程芯片。这意味着IBM在先进芯片制造技术研发上超过台积电。

同样在5月6日，有消息称台积电获得了比特大陆一大笔5nm芯片的订单，台积电将为比特大陆代工用于加密货币挖矿的芯片，预计在三季度开始生产。

据IBM透露，该芯片性能比最新手机用的主流7纳米芯片高45%，能耗却要低75%，因此手机电池使用时间可延长4倍。该芯片可用数据中心可使得碳排放量大幅减少，用于自动驾驶汽车可使物体感应和反应时间大幅缩短，同样还可以使笔记本电脑的性能大幅提升。不过，IBM也表示，公司目前成功在实验室制造出了这颗2纳米芯片。要使2纳米芯片制造达到量产水平，可能还需要几年。

据IBM公布的资料显示，在这颗指甲大小的2纳米芯片上集成了约500亿个晶体管，而5纳米芯片上晶体管的数量有300亿个。有分析称，IBM使用了一种被称为纳米片堆叠的晶体管，即将NMOS晶体管堆叠在PMOS晶体管顶部，以获取电压信号并完成0、1翻转。这种晶体管也可称为GAA晶体管，是FinFET的接班人。FinFET晶体管是将晶体管的源极和漏极通道拉入栅极，而纳米片是将多个源极和漏极通道嵌入到单个栅极中以提高集成密度。

2纳米芯片的制造过程，还包括首次使用了底部电介质隔离（bottom dielectric isolation）技术，用于减少电流泄漏，因此功耗减少。IBM2纳米工艺中的另一项新技术是内部空间干燥工艺（inner space dry process），有助于进行行精确的门控制。IBM还广泛使用了EUV技术，包括了前端EUV图案化；芯片所有关键功能都使用了EUV光刻技术进行蚀刻，使用单次曝光EUV来减少用于蚀刻芯片的光学掩模的数量。

在核心指标方面，IBM称该2nm芯片的晶体管密度（MTr/mm2）为333.33，几乎是台积电5nm的两倍，也比外界预估台积电3nm工艺的292.21 MTr/mm2要高很多。

IBM混合云研究副总裁穆凯什·哈雷(Mukesh Khare)称，2纳米技术本身包含了几项提高晶体管密度的芯片技术改进。IBM自己不会制造2纳米芯片。IBM计划与包括三星在内的合作伙伴合作生产处理器。IBM目前将其大量芯片生产外包给三星电子。但仍在纽约州奥尔巴尼(Albany)仍保留了一个芯片制造研究中心，负责对芯片试运行。IBM与三星和英特尔签署了联合技术开发协议，以允许后两者使用其芯片制造技术。这也就是说，三星也有权享有IBM发布的2nm芯片制造技术成果，这对台积电来说并不是个好消息。

一般认为，开发出全球第一颗2nm芯片制造技术的非台积电莫属。台积电在芯片制造领域的制程是最先进的。目前英特尔7nm芯片迟迟无法量产，三星还停留在5nm制程。台积电近期称，其4纳米工艺芯片将在2021年底进入“风险生产”，并于2022量产；3纳米芯片预计在2022年下半年投产， 2纳米工艺正在开发中，并能保持比竞争对手更先进的工艺领先优势。没想到，台积电却被一家早已不再从事芯片制造的老牌美国巨头IBM悄然超车。