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首個2nm制程芯片，竟然是IBM先發(fā)布的。

沒錯，不是已經(jīng)研究出3nm技術(shù)的臺積電，也不是已經(jīng)量產(chǎn)5nm芯片的三星，而是IBM。據(jù)IBM官方表示，這種技術(shù)能在指甲蓋大小（150mm2）的芯片上安裝500億個晶體管。相比于7nm芯片，這種技術(shù)預(yù)計將提升45%的性能、并降低75%的能耗。不過，這并不意味著IBM就具備量產(chǎn)2nm芯片的能力，因為這項技術(shù)是在它位于紐約州奧爾巴尼（Albany）的芯片制造研究中心做出來的，但量產(chǎn)還涉及許多其他技術(shù)。由于IBM自己沒有10nm制程以下的晶圓廠，因此要想這個2nm工藝實現(xiàn)量產(chǎn)，可能還需要找其他晶圓廠代工。

這么看來，距離我們真正用上2nm芯片，可能還需要幾年的時間。那么，2nm芯片到底怎么做出來的？

IBM的2nm，什么技術(shù)？

此前，業(yè)界普遍采用FinFET（鰭式場效應(yīng)晶體管）結(jié)構(gòu)，但在5nm節(jié)點后，這種結(jié)構(gòu)難以滿足晶體管所需的靜電控制，出現(xiàn)嚴(yán)重的漏電現(xiàn)象。三星率先采用了名為GAA（gate-all-around，環(huán)繞式柵極）的晶體管技術(shù)，對3nm制程芯片進(jìn)行研發(fā)，IBM的2nm制程所采用的技術(shù)，也同樣是GAA。其中，GAA分為納米線結(jié)構(gòu)（下圖左三）和納米片結(jié)構(gòu)（下圖右一，MBCFET是三星商標(biāo)）兩種，這次IBM采用的就是納米片結(jié)構(gòu)。

相比于納米線結(jié)構(gòu)，納米片結(jié)構(gòu)的長寬比較高，接觸面積更大，但也更難控制片與片之間的刻蝕與薄膜生長。從圖中可見，IBM的2nm芯片中，納米片共有三層，每片納米片寬40nm，高5nm，間距44nm，柵極長度12nm。

沒錯。這里IBM的2nm早已經(jīng)不指柵極長度（MOS管的最小溝道長度），而是等效成了芯片上的晶體管節(jié)點密度。密度越大，芯片的性能就越高。至于2nm，只是一個命名方式而已。這個芯片的密度達(dá)到了333MTr/mm2，即每平方毫米容納3.3億個晶體管。作為對比，臺積電的5nm芯片密度為171.3MTr/mm2，三星的5nm芯片密度則為127MTr/mm2。

除此之外，IBM的2nm芯片，這次還采用了不少其他技術(shù)：底部電介質(zhì)隔離（bottom dielectric isolation），用于減少漏電、降低功耗；內(nèi)層空間干燥處理（inner space dry process），用于精準(zhǔn)門控；EUV光刻技術(shù)，用于圖案化薄膜或大部分晶片部件。

對于這次研究的突破，IBM混合云研究副總裁Mukesh Khare表示：沒什么障礙是我們不能突破的。隨著技術(shù)成熟，還會有更多突破出現(xiàn)。相比于困難，我看到的反而是創(chuàng)新的動力和前進(jìn)的機(jī)會。不過，這并不意味著2nm芯片實現(xiàn)了量產(chǎn)。實驗室做出來≠量產(chǎn)。一個工藝從實驗室出來，到大規(guī)模量產(chǎn)，過程中需要芯片代工廠不斷提升晶圓良率。晶圓良率，指完成所有工藝步驟后，測試合格的芯片的數(shù)量與整片晶圓上的有效芯片的比值。因此，晶圓良率決定了芯片的工藝成本。要是一個工藝的晶圓良率上不去，量產(chǎn)可能反而會導(dǎo)致芯片虧損。而目前，IBM的2nm芯片還停留在實驗室階段，只是制造出來而已。除此之外，也還需要考慮光刻機(jī)等工具的進(jìn)展。比較有意思的是，IBM現(xiàn)在是沒有大規(guī)模量產(chǎn)芯片的能力的，更可能將這項工藝交給三星等芯片制造商代工（目前已與英特爾和三星簽署聯(lián)合開發(fā)協(xié)議）。

IBM雖然曾經(jīng)也是芯片制造商之一，卻在2014年將自己的晶圓廠出售給了格羅方德（據(jù)說IBM還向格羅方德交了15億美元，才把晶圓廠塞給它）。那么，目前幾家芯片廠商的進(jìn)展具體如何呢？從量產(chǎn)情況來看，臺積電和三星均已實現(xiàn)了5nm量產(chǎn)。而從制造工藝來看，IBM直接實現(xiàn)了2nm的飛躍，臺積電目前研發(fā)出3nm制程，預(yù)計今明兩年實現(xiàn)量產(chǎn)。

三星目前也在研發(fā)3nm制程的芯片。至于英特爾，則還在7nm芯片上掙扎，量產(chǎn)預(yù)計要等到2023年。不過，從圖中也能看出，各廠商對于芯片的命名標(biāo)準(zhǔn)并不一致。對于IBM的這次突破，市場分析公司IDC的研究主管Peter Rudden表示：這可以被看成是一個突破，畢竟對于某些廠商來說，7nm就已經(jīng)是個巨大的挑戰(zhàn)了。同時，這也向IT行業(yè)傳遞了一個信號，即IBM仍然是一家硬件廠商巨頭。