周建华设计理念：IBM发布全球首个2nm芯片制造技术

Posted 2021-06-03 IT观测

周建华设计理念 周建华 消息 5月7日音讯，IBM公司周四宣布，其在芯片制程工艺上获得严重打破，宣称已打造出全球首个2nm芯片制造技术，为半导体研发再创新的里程碑。

IBM在新闻稿中称，在运转速度方面，与当前许多笔记本电脑和手机中运用的主流7nm芯片相比，IBM的这颗2nm芯片计算速度要快45%，能源效率也高出75%，电池寿命最高可提升4倍，这代表用户每4天仅需为设备充电1次。

另外，相较于当前最先进的5nm芯片（目前仅有苹果iPhone 12等旗舰智能手机才有运用），这颗2nm芯片的体积将更小、速度也更快，将来有助于提升网络衔接和数据处置速度，并提升自动驾驶汽车检测物体的反响时间。

IBM研讨院高级副总裁兼院长Darío Gil表示，这款新型2nm芯片表现出的IBM创新对整个半导体和IT行业至关重要，且有助于大幅减少数据中心的碳排放量。

市场调研机构IDC研讨主管Peter Rudden在承受外媒采访时表示，这一成果能够看作是一项打破。IBM的这颗2nm芯片可用于AI技术新应用，电源效率的提升也将会对个人设备有用，而进步的性能将使IBM庞大的数据中心受益。

“这也向IT行业传达了一个信息，即IBM将继续成为硬件研讨的强势位置。”他补充称。

不过，外界有疑问的是，为什么全球首个2nm芯片降生于IBM公司？

自研2nm晶体管技术，惠及产业下游芯片制造代工厂

周建华 指出，IBM曾是一家主要的芯片制造商，现已将起大量芯片消费外包给三星电子。但IBM在美国纽约纽约州奥尔巴尼（Albany）仍保存着一个芯片制造研讨中心。该中心担任芯片研讨，并与三星和英特尔签署了结合技术开发协议，以运用IBM的芯片制造技术停止消费。

2014年，IBM将旗下Microelectronics半导体部门出卖给世界第三大专业晶圆代工厂GlobalFoundries（格芯）时，IBM就曾经宣布退出芯片代工业务。芯片消费局部最后仍会交给三星电子、格芯、英特尔、台积电等产业链下游企业。

Seeking Alpha以为，IBM推出全球首款2nm芯片，这可能使英特尔和三星代工厂受益。

周建华 据The Verge，台积电和三星目前正在消费5nm芯片。英特尔仍在努力使其7纳米节点脱颖而出。台积电正方案在年底前开端其4nm芯片工艺的早期消费，并于2022年完成批量消费。它的3nm节点估计要到2022年下半年，而2nm芯片仍处于相对较早的开发阶段。这意味着，目前产业链下游芯片代工厂无法消费2nm芯片。

所以，IBM只担任芯片IC技术研讨、设计局部，这颗全球首个2nm芯片目前仍然是在概念(PPT)阶段，用于研发用处，间隔最后量产仍然有很长的路要走。

依据nextplatform报道，目前担任IBM混合云研讨副总裁的Mukesh Khare率领其完成了2nm技术的打破。

材料显现，Khare在1999年到2003年间，从事90纳米硅芯（SOI）工艺的开发，该工艺将IBM Power4和Power4+推向市场，他随后又担任了65纳米和45纳米SOI的推进，之后他对用于Power7的32纳米技术停止了研讨。Khare曾担任奥尔巴尼纳米技术中心的半导体研讨总监。

详细来说，IBM今天展现的这项技术，更多是芯片制造中最根底局部——晶体管的改良。

晶体管（transistor）是一品种似于阀门的固体半导体器件，能够用于放大、开关、稳压、信号调制和许多其他功用。

首先，在这个芯片上，IBM用上了一个被称为3D纳米片堆叠的晶体管技术（nanosheet stacked transistor），它将NMOS晶体管堆叠在PMOS晶体管的顶部，而不是正常晶体管那样并排放置，应用相似电子开关构成二进制数字1和0的变化。后者虽然有更快、更省电的作用，但其最大的缺陷是电子走漏，而IBM的2nm芯片曾经克制了这个问题。

IBM表示，其采用2纳米工艺制造的测试芯片能够在一块指甲大小的芯片中包容500亿个晶体管。

需求廓清的是，固然该工艺节点被称为 “2纳米”，但这个2nm跟传统议论的线宽不一样，在过去，这个尺寸曾经是芯片上二维特征尺寸的等效度量，如90纳米、65纳米和40纳米。但是，随着FinFET和其他3D晶体管设计的呈现，如今这个工艺节点称号是对 "等效2D晶体管 "设计的解释。

在IBM的这个完成计划下，纳米片有三层，每片的宽度为40纳米，高度为5纳米。（注：这里没有丈量的特征实践上是在2纳米处），其间距为44纳米，栅极长度为12纳米。Khare以为这是其他大多数晶圆代工厂在2纳米工艺所运用的尺寸。

据新浪科技引述Darío Gil的话称：“归根结底还是晶体管，计算范畴的其他一切都取决于晶体管能否变得更好。但不能保证晶体管会一代又一代地向前开展，因而，每当有更先进的晶体管呈现时，这都是件大事。”

这颗2nm芯片还包括初次运用所谓的底部电介质隔离（bottom dielectric isolation）技术、内部空间枯燥工艺（inner space dry process）技术、2nm EUV技术等，从而改善原有晶体管技术存在的一些问题。

nextplatform指出，这样的改善带来的最终结果是，制造2nm芯片所需的步骤要比7nm芯片少得多，这将促进整个晶圆厂的开展，并可能也降低某些废品晶圆的本钱。

据芯片行业网络媒体AnandTech报道指，IBM的新型2nm芯片每平方毫米（MTr/mm2）具有约3.33亿个晶体管。相比之下，台积电最先进的芯片采用其5nm工艺制造，每平方毫米（MTr/mm2）约有1.73亿个晶体管，而三星的5nm芯片则约为127 MTr/mm2。

虽然这一切听起来不错，但要记住，IBM的这颗2nm芯片仍在概念阶段的证明，而树立在2nm技术节点上的处置器仍可能需求数年的时间。

关于更多有关这颗2nm芯片的技术细节，IBM目前暂未对外透露。

间隔量产还有数年时间

有业内人士指出，IBM的这颗2nm芯片的最后去向，很可能是该公司的云效劳器当中，从而提升该数据中心的计算才能。

IBM表示，凭仗IBM研讨院在7 nm技术方面获得的停顿，该公司研发的第一款商业化芯片产品将于今年晚些时分在基于Powe10的IBM Power Systems中初次亮相。

事实上，IBM早就将芯片制造局部交进来了，其更多具有的是无晶圆业务部门，只担任上游芯片设计、研讨之类的，所以忽然发布了新的芯片技术，外界疑问大过肯定。

anandtech指，IBM是全球抢先的将来半导体技术研讨中心之一，虽然没有本人的芯片代工产品，但IBM与其他制造商协作为本人的制造设备开发IP，这是其不断保存芯片研发部门的缘由之一。

需求指出的是，IBM在数据中心方面不断投入了大量资金与精神，并获得了一些效果。依据IDC统计显现，2020年第三季度，IBM和浪潮协作的浪潮商用机器以9.4％的市场份额排名第三。

所以，2nm芯片的算力提升关于IBM来说至关重要，也是其在行业提升的重要助力。

今年4月，IBM发布2021财年第一季度财报。报告显现，IBM第一季度营收为177.30亿美圆，比去年同期的175.71亿美圆增长1%；净利润为9.55亿美圆，同比降落19%。但该公司云及认知软件部门，营收同比增长4%。

IBM表示，间隔将上述技术投入量产还需破费数年时间，接下来，该公司方案继续研讨与开发用于消费电子产品的2nm芯片技术。