IBM的2纳米芯片拥有500亿个晶体管

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近日，IBM 宣布了微型2纳米工艺芯片的到来，每个芯片上有将近500亿个晶体管，而且是FinFETs工艺的明显代替者。IBM最新的公告掀起了轩然大波，它推出了2纳米(nm)工艺的芯片。

IBM 在发布会上没有拐弯抹角，强调了这些设备将影响的四个高可见度、流行的应用程序:

1） 延长手机电池寿命(4倍电流寿命!)

2）更快的笔记本电脑

3）降低数据中心的碳排放

4）更快的目标检测(适用于自动驾驶汽车等应用)

2纳米的长度相当于4个硅原子

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全新的2纳米晶圆，IBM

1，5年内从7nm 提高到2nm

2015年，IBM 发布了第一款可以工作的7纳米芯片。IBM 将这一成就归功于非传统的半导体制造技术，包括硅锗沟道晶体管和极紫外辐射光刻技术的使用。

即使在最近的2020年中期，EUV也因其成本而被认为可延伸至3 nm以下，尽管多年来一直被指定为有前途的技术。但是，在2020年11月，IBM宣称EUV取得了突破，他们宣称“将单曝光EUV图案化的功能扩展到了5nm节点及以下节点”，并且可能在这一2nm里程碑中发挥了作用。随着今天公布的这项新进展，IBM 宣称他们的2纳米芯片比现在的7纳米芯片节省75% 的能源。他们还声称45% 的“更高性能”作为一个总的术语，再次比当前的7纳米芯片。

这里一个重要的注意事项是，这不是一个“和”的声明。这些芯片被声称能够提供更高的计算速度或使用更少的能源，这取决于哪种规格是优先为给定的应用程序。

新的2纳米晶圆的特写镜头

根据 IBM 的说法，在2nm 芯片成为标准之前，“不会太久”。他们还预测，我们将在2024年看到第一批2纳米芯片下线。但是IBM已明确表示，他们打算继续在半导体行业中争夺行业首位。在接下来的十年里，也许有一个词需要进入美国半导体产业的词典，那就是 angstrom，定义为0.1纳米。目前这个时刻和埃级芯片之间的障碍很多，而且很高。但是，我们也很难忽视这样一个事实: “摩尔定律已经死亡”已经成为许多年来的共识。然而，在这里，我们在一个指甲大小的芯片上拥有500亿个晶体管。

2 FinFET 的继承者: 全栅极

在 IBM Research 的一篇博文中，工程师朱利安 · 弗罗吉尔和德肖 · 郭分析了2纳米里程碑的一些细节。根据他们的说法，有一些人被他们称为“啊哈！”时刻”来激励他们。

正如我们已经提到的，IBM 在2017年首次公布了 Gate-All-Around (GAA)纳米片体系结构。

2纳米纳米片材设备

IBM 将 GAA 描述为 FinFET 纳米线技术的继承者，这种技术通常被认为首先使工业达到了7纳米的水平。正如2017年 VLSI 技术论文摘要研讨会(Symposium on VLSI Technology Digest of Technical Papers)上发表的一篇研究论文所解释的那样，关键在于较大的 Weff，或称有效晶体管宽度，与按比例缩放的 FinFET 相比，它具有“优越的静电和动态性能”，即使它受益于“从 FinFET 技术继承而来的多阈值和隔离解决方案”这种从纳米线到纳米片的转变就是“啊哈！“瞬间”另一个实现是在体系结构中引入内部间隔器模块(“定义 GAA 器件的有效栅长”的结构元件)是减少栅-源/漏电容的关键。作者还着重介绍了多阈值电压(Multi-Vt，multi-threshold-voltage)设备的开发，该设备允许开发人员通过自定义泄漏水平来选择所需的性能。