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芯片|大突破！世界首个2nm制程芯片公布

首个2nm制程芯片 ， 竟然是IBM先发布的 。
没错 ， 不是已经研究出3nm技术的台积电 ， 也不是已经量产5nm芯片的三星 ， 而是IBM 。
据IBM官方表示 ， 这种技术能在指甲盖大小（150mm?）的芯片上安装500亿个晶体管 。
芯片|大突破！世界首个2nm制程芯片公布
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相比于7nm芯片 ， 这种技术预计将提升45%的性能、并降低75%的能耗 。
不过 ， 这并不意味着IBM就具备量产2nm芯片的能力 ， 因为这项技术是在它位于纽约州奥尔巴尼（Albany）的芯片制造研究中心做出来的 ， 但量产还涉及许多其他技术 。
由于IBM自己没有10nm制程以下的晶圆厂 ， 因此要想这个2nm工艺实现量产 ， 可能还需要找其他晶圆厂代工 。
这么看来 ， 距离我们真正用上2nm芯片 ， 可能还需要几年的时间 。
那么 ， 2nm芯片到底怎么做出来的？
IBM的2nm ， 什么技术？
此前 ， 业界普遍采用FinFET （鳍式场效应晶体管）结构 ， 但在5nm节点后 ， 这种结构难以满足晶体管所需的静电控制 ， 出现严重的漏电现象 。
三星率先采用了名为GAA（gate-all-around ， 环绕式栅极）的晶体管技术 ， 对3nm制程芯片进行研发 ， IBM的2nm制程所采用的技术 ， 也同样是GAA 。
其中 ， GAA分为纳米线结构（下图左三）和纳米片结构（下图右一 ， MBCFET是三星商标）两种 ， 这次IBM采用的就是纳米片结构 。
芯片|大突破！世界首个2nm制程芯片公布
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相比于纳米线结构 ， 纳米片结构的长宽比较高 ， 接触面积更大 ， 但也更难控制片与片之间的刻蚀与薄膜生长 。
从图中可见 ， IBM的2nm芯片中 ， 纳米片共有三层 ， 每片纳米片宽40nm ， 高5nm ， 间距44nm ， 栅极长度12nm 。
芯片|大突破！世界首个2nm制程芯片公布
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嗯？？？
没错 。这里IBM的2nm早已经不指栅极长度（MOS管的最小沟道长度） ， 而是等效成了芯片上的晶体管节点密度 。
密度越大 ， 芯片的性能就越高 。至于2nm ， 只是一个命名方式而已 。
这个芯片的密度达到了333MTr/mm? ， 即每平方毫米容纳3.3亿个晶体管 。
作为对比 ， 台积电的5nm芯片密度为171.3MTr/mm² ， 三星的5nm芯片密度则为127MTr/mm² 。
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除此之外 ， IBM的2nm芯片 ， 这次还采用了不少其他技术：
底部电介质隔离（bottom dielectric isolation） ， 用于减少漏电、降低功耗
内层空间干燥处理（inner space dry process） ， 用于精准门控
EUV光刻技术 ， 用于图案化薄膜或大部分晶片部件
对于这次研究的突破 ， IBM混合云研究副总裁Mukesh Khare表示：
没什么障碍是我们不能突破的 。随着技术成熟 ， 还会有更多突破出现 。相比于困难 ， 我看到的反而是创新的动力和前进的机会 。
不过 ， 这并不意味着2nm芯片实现了量产 。
实验室做出来≠量产
一个工艺从实验室出来 ， 到大规模量产 ， 过程中需要芯片代工厂不断提升晶圆良率 。
晶圆良率 ， 指完成所有工艺步骤后 ， 测试合格的芯片的数量与整片晶圆上的有效芯片的比值 。
因此 ， 晶圆良率决定了芯片的工艺成本 。
要是一个工艺的晶圆良率上不去 ， 量产可能反而会导致芯片亏损 。
而目前 ， IBM的2nm芯片还停留在实验室阶段 ， 只是制造出来而已 。
除此之外 ， 也还需要考虑光刻机等工具的进展 。
比较有意思的是 ， IBM现在是没有大规模量产芯片的能力的 ， 更可能将这项工艺交给三星等芯片制造商代工（目前已与英特尔和三星签署联合开发协议） 。
IBM虽然曾经也是芯片制造商之一 ， 却在2014年将自己的晶圆厂出售给了格罗方德（据说IBM还向格罗方德交了15亿美元 ， 才把晶圆厂塞给它） 。


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