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能研制出2nm制程芯片,為何IBM超越不了臺積電?

(2021-05-08 08:06:12)
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分類: 橫看IT

 能研制出2nm制程芯片,為何IBM超越不了臺積電?


小刀馬

 

眾所周知,在芯片制程方面,一直在向越來越小尺寸挺近,7nm5nm是當下的主流,臺積電和三星電子都在研制3nm制程技術,并且計劃開始量產。近日我們看到,IBM宣布已經制造出全球首個2nm制程芯片。

 

據美國有線電視新聞網消息,IBM56日宣布,已經制造出一種兩納米芯片,這是迄今研發的最小、最強大的芯片。眾所周知,較低的數字意味著更小、更先進的處理器。IBM的新芯片使用兩納米加工技術,這對于用于從消費者的智能手機和電器到超級計算機和運輸設備等各種產品的零部件來說,又是一次巨大的飛躍。

 

IBM的高層表示,新的兩納米芯片大約相當于在一個指甲大小上容納500億個晶體管,每個晶體管的大小相當于兩個DNA鏈。相比于7nm芯片,2nm技術預計將提升45%的性能、并降低75%的能耗。

 

這次是IBM搶到了前面,不是臺積電,也不是三星電子。不過,雖然IBM研制出2nm制程的芯片,但尚不具備量產的能力。臺積電和三星的優勢是可以量產出5nm制程的芯片,3nm制程的芯片量產也越來越近了。

 

IBM2nm制程芯片采用的是納米片結構。事實上,在芯片制造市場,普遍采用FinFET (鰭式場效應晶體管)結構,不過到了5nm后,這種結構難以滿足晶體管所需的靜電控制,出現嚴重的漏電現象。

 

在技術突破方面,三星率先采用了名為GAAgate-all-around,環繞式柵極)的晶體管技術,開始研發3nm制程芯片,IBM2nm制程所采用的技術,也同樣是GAA。而GAA分為納米線結構和納米片結構兩種。相比于納米線結構,納米片結構的長寬比較高,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。IBM2nm芯片中,納米片共有三層,每片納米片寬40nm,高5nm,間距44nm,柵極長度12nm

 

IBM雖然在實驗室有非常強的技術優勢,不過想要量產還有比較長的路要走。因為,一個工藝從實驗室出來,到大規模量產,需要芯片代工廠不斷提升晶圓良率。而這恰恰是橫亙在每個代工廠面前的最大鴻溝。很多代工企業根本提升不了足夠的晶圓良率,結果就造成制造難度太大。我們常說的晶圓良率,指完成所有工藝步驟后,測試合格的芯片的數量與整片晶圓上的有效芯片的比值。晶圓良率決定了芯片的工藝成本。如果良率太低,那么成本就太高了,得不償失。

 

而且,IBM并沒有大規模量產芯片的能力,不過可以找三星等代工企業來完成,IBM和三星也有合作的協議,未來或許由三星為其代工。對于三星來說,是不是存在著彎道超車,趕超臺積電的機會?畢竟,我們知道臺積電的3nm量產已經越來越臨近了。雖然,三星也在做3nm的研制,不過,比臺積電還是慢一個節拍。如今IBM2nm制程上有了突破,那么是不是三星也可以借此實現技術超越,趕在臺積電之前,實現最新制程的量產化?

 

如果2nm制程芯片可以量產的話,意味著什么?簡單地看,就是手機的電池壽命可以延長三倍,用戶只充電一次可以用四天;可以為碳中和做出更大的貢獻;互聯網的體驗會更好;自動駕駛,響應時間會進一步被縮短。由于三星電子也是早早涉及到GAA技術,因此對于和IBM合作還是非常有機會的。

 

事實上,IBM將大多數芯片的生產已經外包給三星,包括Power 10服務器處理器,IBM在美國紐約州的奧爾巴尼仍保留著一處芯片研發中心,此次發布的2nm芯片制程正是在這個研發中心設計和制造的。該中心負責對芯片進行研發和測試,并與三星和英特爾簽署了聯合技術開發協議。

 

此外,IBM之前的進程研發和量產之間的時間關系,或許我們對2nm制程的問世也有一個大致的預期。IBM10nm技術,在2014年研發成功,到2017年量產;7nm技術,在2015年研發成功,到2018年量產;5nm技術,在2017年研發成功,2020年開始量產。可見在量產推進中有3年的時間差,也就是說2nm制程的量產或許要到2024年才可以實現。當然,如果三星能夠提高良品率,那么這個時間或許也會被縮短,畢竟這也是三星超越臺積電的一個契機,會不會加大推進力度,我們不妨拭目以待。

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