芯片可容納500億晶體管

　　據(jù)悉，該芯片是在IBM研究院在其紐約州奧爾巴尼半導(dǎo)體研究機(jī)構(gòu)設(shè)計和生產(chǎn)，根據(jù)IBM公布的芯片數(shù)據(jù)信息顯示，該2nm芯片可容納500億個2nm晶體管，這意味著在每平方毫米芯片上集成3.33億個晶體管。

　　與之相比，目前臺積電的5nm芯片制程約有1.71億個晶體管，而三星5nm制程每平方毫米約有1.27億個晶體管。這使得該芯片在計算速度方面翻了將近一倍。

　　IBM此次研發(fā)出來的芯片納米技術(shù)對半導(dǎo)體進(jìn)行了更高級的擴(kuò)展，這種架構(gòu)是業(yè)界首創(chuàng)。IBM通過增加每個芯片上的晶體管數(shù)量可以讓芯片變得更小、更快、更可靠、更高效。2 nm芯片制程工藝設(shè)計的成功，意味著在IBM在宣布 5 納米設(shè)計研發(fā)成功之后，僅用了不到四年時間就再次實(shí)現(xiàn)技術(shù)突破。

　　在IBM這次研發(fā)的2nm芯片里，IBM用上了一個被稱為3D納米片堆疊的晶體管技術(shù)(nanosheet stacked transistor)，它將NMOS晶體管堆疊在PMOS晶體管的頂部，而不是正常晶體管那樣并排放置，利用類似電子開關(guān)形成二進(jìn)制數(shù)字1和0的變化。后者盡管有更快、更省電的作用，其最大的缺點(diǎn)是電子泄漏，而IBM的2nm芯片已經(jīng)克服了這個問題。

　　與此同時，該芯片還使用了底部電介質(zhì)隔離(bottom dielectric isolation)技術(shù)、內(nèi)部空間干燥工藝(inner space dry process)技術(shù)、2nm EUV技術(shù)等，將有效改善原有晶體管技術(shù)存在的一些問題。

　　國際芯片制程工藝進(jìn)展緩慢

　　一直以來，隨著現(xiàn)在芯片制程工藝逐漸逼近物理極限，網(wǎng)上正不斷傳出“摩爾定律將死”的傳聞，這或許與如今芯片制程進(jìn)度緩慢有關(guān)。

　　目前，全球范圍內(nèi)，有能力突破芯片10nm及以下先進(jìn)制程技術(shù)的芯片廠商僅僅只有臺積電。三星兩家，但是近日也有消息稱這兩家廠商最新的3nm芯片制程工藝遇到了瓶頸，或許無法如期進(jìn)入大規(guī)模量產(chǎn)階段。

　　此前，國際知名移動芯片廠商高通將旗下的驍龍888芯片交由三星使用其5nm芯片制程工藝代工，但其表現(xiàn)卻很讓人失望，在性能方面，高通驍龍888芯片采用的A78架構(gòu)遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于華為采用的過時架構(gòu)A77，但在性能方面卻未能明顯超越華為，并且在功耗方面甚至不如對方，驍龍888的能耗比華為麒麟9000低了有40%，從此，高通的驍龍888芯片也就有了個別名——“火龍”，對此，人們普遍認(rèn)為問題出在了三星的5nm制程工藝上。

　　而目前在芯片制程工藝上居于首位的臺積電也陷入了困境之中，在今年1月份的時候，臺積電決定將公司今年的資本支出增加到220億美元，全面?zhèn)鋺?zhàn)全新3nm芯片制程工藝，加緊在該工藝方面的進(jìn)度。據(jù)悉，臺積電的3nm芯片制程工藝不僅晶體管密度提升了70%，性能提升了15%，而且功耗更低。并且，蘋果作為臺積電的首要客戶，早就預(yù)先承包了臺積電3nm制程的初期產(chǎn)能。

　　按理來說，在技術(shù)領(lǐng)先、產(chǎn)能、和訂單數(shù)量又很充足的情況下，臺積電本該迎來營收高峰，但是，臺積電的關(guān)鍵技術(shù)3nm芯片制程工藝在研發(fā)和量產(chǎn)方面卻出現(xiàn)了問題。

　　為了穩(wěn)妥起見，臺積電的3nm芯片制程工藝使用的是保守的FinFET技術(shù)，但即便如此，臺積電對于3nm制程的開發(fā)依然不是很順利，據(jù)悉，為了開發(fā)3nm工藝，臺積電已經(jīng)投入了2萬億新臺幣(折合人民幣4620億元)。臺積電本原本預(yù)定能在2021年第四季度實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)3nm，但現(xiàn)在臺積電又改口說將在2022年下半年進(jìn)行量產(chǎn)，至于以后是否還會繼續(xù)改口，就不得為知了。

　　隨著芯片制程工藝越來越接近摩爾定律的物理極限，其開發(fā)難度也越來越大，即使是在芯片制程工藝上深耕了如此長時間的臺積電和三星依舊陷入了困境，人類想要繼續(xù)維持摩爾定律向前發(fā)展，任重而道遠(yuǎn)。

　　結(jié)語

　　雖然現(xiàn)在的半導(dǎo)體領(lǐng)域似乎陷入了困境，先進(jìn)制程頻頻出現(xiàn)問題，但如今IBM已經(jīng)成功研發(fā)出來了2nm芯片制程工藝，這將為全球的半導(dǎo)體領(lǐng)域注入新的活力，并促進(jìn)整個半導(dǎo)體行業(yè)的發(fā)展，或?qū)⒔o臺積電與三星帶來新的思路。