IBM造出全球首款2nm芯片，每平方毫米集成3.33亿个晶体管

5月6日，IBM透露了它研制的世界上第一个2nm制程工艺芯片，并简要介绍了该技术最终可能用于未来的智能手机、笔记本电脑和小型移动装备等。

根据IBM的说法，在消耗相同功率的情况下，2nm处理器性能可提高45％；或者与基于7nm制程工艺的芯片相比，能耗可降低75％。该芯片能效比的显著提升具有重要意义，IBM研发总监Dario Gil表示，新芯片可以有助于解决可持续性和气候变化问题，当前的数据中心已占到全球能源使用量的1％。

该芯片芯片每平方毫米（MTr/mm2）上集成有约3.33亿个晶体管，相当于指甲大小的芯片上可容纳500亿个晶体管。相比之下，台积电最先进的芯片采用5nm制程工艺制造，每平方毫米（MTr/mm2）约有1.73亿个晶体管，而三星的5nm芯片则约为127MTr/mm2（每平方毫米约有1.27亿个晶体管）。

IBM是在其纽约州奥尔巴尼的实验室研制出2nm测试芯片。IBM混合云副总裁Mukesh Khare表示，IBM在奥尔巴尼工厂生产的300mm硅晶圆上生产了2nm技术里程碑。

据IBM称，2nm处理器将能够加速在人工智能、边缘计算、独立计算系统以及其他领域的应用。IBM表示将在其IBM Power Systems和IBM Z以及其他系统中使用该技术。

台积电和三星目前正在生产5nm芯片，而英特尔仍在艰苦的努力达到7纳米制程工艺。台积电计划在今年年底开工早投产其4nm的芯片工艺，可能首先用于联发科的4nm新芯片大批量生产在2022年。台积电的3nm节点预计要到2022年下半年，而2nm技术芯片仍处于相对较早的开发阶段。

所有这些计划都是理想状态，前提是不会遇到拖延的情况。但是我们看看英特尔的窘境就知道了，英特尔在过去十年左右的时间里出现了太多的先进制程工艺制造问题，直到现在仍然没有达到7nm节点，还在苦苦挣扎。甚至有消息称英特尔也要找台积电代工了，英特尔的IDM（设计、制造、封装测试到销售全部自己一肩挑的半导体垂直整合型公司）看来很难走下去了，这反映出目前半导体先进制程工艺的巨大技术难度。

尽管这款芯片听起来让人振奋，但必须知道的是，IBM的2nm芯片在很大程度上只是概念证明和测试。而建立在2nm节点上的量产芯片可能还有至少数年之遥，IBM预计这种2nm技术芯片将在2024年底投入生产。

这对于解决目前全球性缺芯下的半导体市场的供应链和制造困境，没有太大意义。

摩尔定律是英特尔创始人之一戈登·摩尔的经验之谈，其核认为集成电路上可以容纳的晶体管数目在大约每经过18个月便会增加一倍。换言之，处理器的性能每隔两年就会翻一倍。

但随着工艺制程与集成度的不断提升，晶体管尺寸渐近物理极限，继续依赖缩小工艺制程获取性能和经济效益提升已困难重重。与此同时，人工智能、大数据、5G等领域的计算需求在海量增长，如何突破摩尔定律，满足算力经济时代的已经成为一项新挑战。

2nm芯片真的来了？

近日，IBM发布了一个名为《YYDS！IBM发布全球首个2nm芯片》的视频。在视频中，IBM对2nm技术进行了全面介绍，并展示了全球首个2nm芯片。不愧是“蓝色巨人”，其它芯片代工厂还在攻克3nm，IBM在2nm工艺已经有突破了。

台积电的5nm芯片每平方毫米约有1.73亿个晶体管，三星的5nm芯片每平方毫米约有1.27亿个晶体管。这样对比来看，IBM 2nm晶体管密度达到了台积电5nm的2倍。而Intel的7nm晶体管密度超越了台积电5nm，也超过了三星的7nm，因此有业内人士表示IBM 2nm芯片在规格上强于台积电的3nm。而每平方毫米有大约3.33亿个晶体管的IBM新型2nm芯片，可不是好生产的。IBM表示，该芯片最小元件比我们的DNA单链还迷你。

增加每个芯片上的晶体管数量可以让芯片变得更小、更快、更可靠、更高效。2 纳米设计展示了利用 IBM 研发的纳米片技术是对半导体进行高级扩展的能力。这种架构为业界首创。在宣布 5 纳米设计研发成功之后，IBM 仅用了不到四年时间就再次实现技术突破。这项突破性技术问世后，一个指甲大小的 2 纳米芯片就能容纳多达 500 亿个晶体管。

今年5月份，IBM官宣了这一芯片工艺的突破，彼时就引起了业内的广泛关注。这次IBM发布了2nm芯片的宣传视频，或许证明了其已经加快了这方面的技术进程。IBM研发的新型2nm芯片技术可推动半导体行业的发展，满足不断增长的需求。与目前先进的7nm节点芯片相比，2nm的性能提升了45%，能耗更是降低了75%。

从IBM 的介绍中可以知道，这款先进的 2 纳米芯片的应用前景包括：

对于整个半导体产业来说，2nm的亮相具有非常重要的意义。虽然目前IBM的2nm只是停留在实验室的未来 科技 ，真正投入量产还需要再等待几年，但是通过对2nm工艺芯片在标准300毫米硅晶圆上蚀刻真实芯片的过程，证明了摩尔定律的延续性。此外，IBM在视频中还提前介绍了2nm芯片所具有的的诸多特性，以及生产细节，对产业链企业都将有不小的帮助。

这么强悍的芯片来袭，就涉及到生产了。如今的IBM没有了自己的代工厂。当下可以量产的芯片工艺节点已经来到4nm，占据工艺优势的可能还是台积电，三星次之。目前来看，台积电和三星正在生产5nm芯片，英特尔则致力于7nm芯片技术。

按照投产进度来看，台积电目前计划在今年年底开工投产的4nm芯片工艺，大批量生产要等到2022年；3nm芯片技术投产进程预计更晚，要到2022年下半年；2nm芯片技术更是仍处于相对早期的开发阶段。

所以说，就目前情况来看，IBM这波宣传还是看看就好。按照代工厂们的工艺发展线路，真正的2nm可能要到2026年或以后才能投入量产。作为消费者，我们只需要慢慢期待那一天的到来。

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