IBM宣布成功试产旗下2纳米制程芯片,实现在150平方厘米(mm²)面积的晶圆中放置500亿组晶体管,换算下来每平方厘米约有3.3亿组晶体管。
目前,台积电和三星广泛使用的7纳米制程,大约在每平方厘米面积上放置了9000万组晶体管,而台积电的5纳米FinFET制程大约能够在相同面积放置1.7亿组晶体管,三星的5纳米LPE制程大约可放置1.3亿组晶体管。
IBM称,该2纳米芯片的晶体管密度(MTr/mm2,每平方毫米多少百万颗晶体管)为333.33,几乎是台积电5纳米的两倍,也比外界预估台积电3纳米工艺的292.21 MTr/mm2要高。
另外,相比在7纳米制程下制程驱动相同电晶体数量所需的电力,在2纳米制程仅需以25%电力即可运作,相当于效能提升75%!这也意味着将可让更多运算设备更为省电,或是能以相同电力对应更高的计算效能。
如果以电力损耗程度计算的话,相比7纳米制程设计,在2纳米制程情况下约可节省45%的电力损耗,意味运算设备可以更不用担心电力损耗过快的问题。如果2纳米制程用在智能手机上的话,能够让手机的续航时间延长到4天左右。
此次IBM的2纳米芯片还采用了GAA(环绕栅极晶体管)技术。IBM介绍,这是第一次使用底介电隔离通道,它可以实现12纳米的栅长,其内部间隔是第二代干法设计,有助于纳米片的开发。据了解,正在研发中的三星3纳米、Intel 5纳米、台积电2纳米芯片,都将首次采用GAA技术。
需要注意的是,IBM并没有自己的晶圆厂。早在2014年,IBM就将制造工厂卖给了格芯,但两者签署了10年的合作协议,此外,IBM也与三星、Intel有合作关系。
IBM强调,推进2纳米制程技术,预期可拉动更大规模的计算应用,其中包含将大幅度推进目前的量子力学计算应用,还能带动诸如自动驾驶、5G或日后的6G网络应用,也能加速人工智能的应用增长。
不过,从此前的情况来看,IBM早在2015年就宣布旗下7纳米制程顺利试产,可是直到2020年8月才正式推出第一款7纳米制程的商用芯片产品。因此,这次宣布成功试产2纳米制程芯片,实际进入量产阶段的话,可能还会需要一些时间。
目前,各大厂商在制程技术上开始有了不同的设计分歧。例如,台积电目前依然偏重藉由FinFET技术让晶体管以立体形式堆叠,而不像三星采进阶光照技术,让晶体管能够以更细微形式成形。这样的设计分歧,也造成了制程技术对应晶体管分布密度的不同,进而反应在计算效能表现的差异上。
在如今的制程竞争中,台积电与三星都已经进入5纳米制程阶段,接下来还将陆续推进4纳米及3纳米,以及2纳米制程。而Intel方面则表示接下来也会从现在的10纳米制程推进到7纳米阶段。由于Intel在制程规格定义上的晶体管密度要比台积电和三星更高,因此Intel的7纳米制程大约介于台积电的5纳米到4纳米之间,至少要到2023年才会正式投产。