來(lái)源：量子位
首個(gè) 2nm 制程芯片，竟然是 IBM 先發(fā)布的。
沒(méi)錯(cuò)，不是已經(jīng)研究出 3nm 技術(shù)的臺(tái)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（150mm ）的芯片上安裝500 億個(gè)晶體管。
相比于 7nm 芯片，這種技術(shù)預(yù)計(jì)將提升45%的性能、并降低75%的能耗。
不過(guò)，這并不意味著 IBM 就具備量產(chǎn) 2nm 芯片的能力，因?yàn)檫@項(xiàng)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(lái)的，但量產(chǎn)還涉及許多其他技術(shù)。
由于 IBM 自己沒(méi)有 10nm 制程以下的晶圓廠，因此要想這個(gè) 2nm 工藝實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)，可能還需要找其他晶圓廠代工。
這么看來(lái)，距離我們真正用上 2nm 芯片，可能還需要幾年的時(shí)間。
那么，2nm 芯片到底怎么做出來(lái)的？
IBM 的 2nm，什么技術(shù)？
此前，業(yè)界普遍采用FinFET （鰭式場(chǎng)效應(yīng)晶體管）結(jié)構(gòu)，但在 5nm 節(jié)點(diǎn)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(duì) 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(zhǎng)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(zhǎng)。
從圖中可見(jiàn)，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(zhǎng)度12nm。
嗯？？？
沒(méi)錯(cuò)。這里 IBM 的 2nm 早已經(jīng)不指柵極長(zhǎng)度（MOS 管的最小溝道長(zhǎng)度），而是等效成了芯片上的晶體管節(jié)點(diǎn)密度。
密度越大，芯片的性能就越高。至于 2nm，只是一個(gè)命名方式而已。
這個(gè)芯片的密度達(dá)到了333MTr/mm ，即每平方毫米容納 3.3 億個(gè)晶體管。
作為對(duì)比，臺(tái)積電的 5nm 芯片密度為171.3MTr/mm ，三星的 5nm 芯片密度則為127MTr/mm 。
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(mén)控
EUV 光刻技術(shù)，用于圖案化薄膜或大部分晶片部件
對(duì)于這次研究的突破，IBM 混合云研究副總裁Mukesh Khare表示：
沒(méi)什么障礙是我們不能突破的。隨著技術(shù)成熟，還會(huì)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(dòng)力和前進(jìn)的機(jī)會(huì)。
不過(guò)，這并不意味著 2nm 芯片實(shí)現(xiàn)了量產(chǎn)。
實(shí)驗(yàn)室做出來(lái)≠量產(chǎn)
一個(gè)工藝從實(shí)驗(yàn)室出來(lái)，到大規(guī)模量產(chǎn)，過(guò)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(cè)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(gè)工藝的晶圓良率上不去，量產(chǎn)可能反而會(huì)導(dǎo)致芯片虧損。
而目前，IBM 的 2nm 芯片還停留在實(shí)驗(yàn)室階段，只是制造出來(lái)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(méi)有大規(guī)模量產(chǎn)芯片的能力的，更可能將這項(xiàng)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(kāi)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(shuō) 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(lái)看，臺(tái)積電和三星均已實(shí)現(xiàn)了 5nm 量產(chǎn)。
而從制造工藝來(lái)看，IBM 直接實(shí)現(xiàn)了 2nm 的飛躍，臺(tái)積電目前研發(fā)出 3nm 制程，預(yù)計(jì)今明兩年實(shí)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(jì)要等到 2023 年。
不過(guò)，從圖中也能看出，各廠商對(duì)于芯片的命名標(biāo)準(zhǔn)并不一致。
對(duì)于 IBM 的這次突破，市場(chǎng)分析公司 IDC 的研究主管 Peter Rudden 表示：
這可以被看成是一個(gè)突破，畢竟對(duì)于某些廠商來(lái)說(shuō)，7nm 就已經(jīng)是個(gè)巨大的挑戰(zhàn)了。
同時(shí)，這也向 IT 行業(yè)傳遞了一個(gè)信號(hào)，即 IBM 仍然是一家硬件廠商巨頭。
不過(guò)，也有網(wǎng)友表示，這并不意味著 IBM 的進(jìn)程就超過(guò)了臺(tái)積電：" 關(guān)鍵在于大規(guī)模量產(chǎn)，然而，IBM 現(xiàn)在還沒(méi)有自己的晶圓廠。"
讓我們期待一波 2nm 制程芯片量產(chǎn)的消息。
