IBM在实验室研制出世界上首个2纳米芯片

5月6日晚间，IBM公布了其在半导体设计和工艺方面的一项重要突破：全球首款采用2nm制程工艺的芯片，有助于将半导体行业提升到一个新的水平。与当前主流的7nm芯片相比，IBM的2nm芯片性能预计提升45%，能耗降低75%。与当前领先的5nm芯片相比，2nm芯片的体积也更小，速度也更快。

这款2nm芯片的应用前景包括：使手机电池续航时间增至之前四倍,只需每四天为设备充一次电即可；大幅减少数据中心的碳排放量；显著提升笔记本电脑的性能，比如更快运行应用程序、完成语言翻译和互联网访问；有助于自动驾驶汽车实现更快的目标检测和反应时间。

从更具体的细节来看，IBM这款2nm芯片每平方毫米容纳3.33亿个晶体管，对比之下，台积电5nm芯片每平方毫米容纳1.713亿个晶体管，三星5nm芯片每平方毫米容纳1.27亿个晶体管。

与7nm处理器相比，IBM推出的2nm芯片在相同功率下性能提升45%，能效则要高出75%。IBM指出，他们是第一个分别在2015年、2017年推出7nm、5nm的研究机构，后者已从FinFET升级为纳米片技术，从而可以更好地定制单个晶体管的电压特性。IBM表示，该技术可以将500亿个晶体管安装到一个指甲大小的芯片上，从而使处理器设计人员拥有更多选择，比如可以注入核心级创新来提高AI和云计算等前沿工作负载的功能，以及探寻硬件强制安全性和加密的新途径等。

2nm新制程中的关键技术是环绕式栅极技术晶体管（Gate-All-Around/nanosheet，GAA），虽然IBM还没有明确说明，但图片显示这款新的2nm处理器使用了three-stackGAA设计。在目前的新制程竞争中，三星计划在3nm节点上推出GAA（三星将自己的技术称为MBCFET）。其计划在2020年底即开始MBCFET的风险试产，2021年规模量产，同时在2021年推出第一代MBCFET的优化版本。台积电则仍希望在3nm上继续使用FinFET，等到2nm芯片才会推出GAA。根据规划，台积电的2nm工艺会在2023年开始风险试产，2024年量产。相比之下，可以预见英特尔将在其5nm工艺上引入某种形式的GAA。预计到2023年，这家公司会在5nm节点上放弃FinFET，转向GAA。

虽然2nm制程工艺的芯片在性能和能耗方面都较当前7nm和5nm更强，但很大程度上只是概念验证，离上市还有很长一段时间。在2015年7月，同样是IBM率先宣布制成了7nm芯片，而直到2019年下半年，人们才能买到带有7nm芯片的手机。

近摄镜头下的2nm晶圆