臺(tái)積電霸主地位受挑戰(zhàn)？全球首個(gè)2nm芯片誕生，但量產(chǎn)仍是難題

這款芯片的關(guān)鍵在于將500億個(gè)晶體管納入150平方毫米大小的芯片中。

5月6日，IBM發(fā)布世界上首個(gè)2nm芯片。該公司表示，2nm架構(gòu)芯片可以在與現(xiàn)有的7nm相同的性能下，少消耗75%的電力，搭載該芯片的手機(jī)可能四天才需要充一次電；同時(shí)，它也能在與現(xiàn)有的7nm相同的能耗下，增加45%的性能。比起當(dāng)前最尖端的5nm芯片，2nm芯片的體積更小、速度更快。

這款芯片的關(guān)鍵在于將500億個(gè)晶體管納入150平方毫米大小的芯片中。

IBM曾是一家主要的芯片制造商，現(xiàn)已將其大量芯片生產(chǎn)外包給三星電子。但在紐約州奧爾巴尼（Albany）仍保留著一個(gè)芯片制造研發(fā)中心，IBM制造的世界首個(gè)2nm芯片正出自此研發(fā)中心。該中心負(fù)責(zé)對(duì)芯片進(jìn)行試運(yùn)行，并與三星和英特爾簽署了聯(lián)合技術(shù)開(kāi)發(fā)協(xié)議，以使用IBM的芯片制造技術(shù)。

然而，即使手握2nm芯片制造技術(shù)這款“必殺技”，IBM也未必能甩開(kāi)臺(tái)積電等競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手一個(gè)身位，未來(lái)還要看這款新品的量產(chǎn)能力。

3D時(shí)代 芯片尺寸并非評(píng)判性能強(qiáng)弱的唯一標(biāo)準(zhǔn)

2D封裝時(shí)代，尺寸是芯片先進(jìn)程度的有效衡量標(biāo)準(zhǔn)。然而，隨著FinFET等3D晶體管的問(wèn)世，單位面積上能承載多少晶體管變得更有意義。

AnandTech的專欄作家Ian Cutress在5月6日發(fā)布評(píng)論文章稱，IBM宣稱自己打造了世界首個(gè)2nm制程的芯片，大幅推進(jìn)了當(dāng)前芯片生產(chǎn)技術(shù)。不過(guò)目前所謂的幾nm早已因?yàn)樾酒?D平面轉(zhuǎn)向3D發(fā)展，過(guò)去比較零組件最小尺寸的意義已失去，更多只是一種“換代”的概念，比較有意義的比較基準(zhǔn)或許是單位面積的晶體管數(shù)目。

IBM的2nm制程號(hào)稱在150平方毫米的面積中容納500億個(gè)晶體管，平均每平方毫米是3.3億個(gè)，目前暫無(wú)同級(jí)別芯片可與之比較。

臺(tái)積電和三星的7nm制程大約在每平方毫米是9000萬(wàn)個(gè)晶體管左右，三星的5LPE為1.3億個(gè)晶體管，而臺(tái)積電的5nm則是1.7億個(gè)晶體管。

IBM、臺(tái)積電 、英特爾、三星不同尺寸芯片晶體管單位密度比較

試制成功和能否量產(chǎn)是兩碼事

IBM 2015年就宣布試制7nm制程成功，但一直到去年八月才有第一個(gè)商用化產(chǎn)品Power10芯片出現(xiàn)。

因此，Ian Cutress稱，IBM的宣示意味是比較濃厚，何時(shí)能有產(chǎn)品推出又是另一回事了。

而IBM早在2014年退出代工業(yè)務(wù)，將其IBM Microelectronics部門(mén)出售給格芯，其2nm芯片代工業(yè)務(wù)或?qū)⑽薪oAMD、三星、格芯、英特爾。

另外，從Power路線圖來(lái)看，IBM目前最先進(jìn)的Power10芯片為7nm制程，考慮到IBM的Power和z服務(wù)器業(yè)務(wù)的保守性（正在對(duì)處理器進(jìn)行三年更新），在設(shè)計(jì)中的Power11和正在白板中的Power12在有5nm和3nm節(jié)點(diǎn)可以使用時(shí)，似乎并沒(méi)有必要運(yùn)用2nm技術(shù)。

此前IBM半導(dǎo)體研發(fā)核心人員Mukesh Khare也預(yù)計(jì)，更新一代的Power11應(yīng)該在2023年左右出現(xiàn)，采用成熟的5nm工藝。

值得注意的是，競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手正緊追不舍。目前能夠量產(chǎn)的制程技術(shù)中，臺(tái)積電5nm工藝拔得頭籌，用在蘋(píng)果的M1、A14芯片及華為的Kirin 9000上，次之為三星的5LPE工藝，用在高通驍龍888芯片上。

各家對(duì)先進(jìn)制程的探索仍在繼續(xù)。臺(tái)積電的4nm與3nm芯片預(yù)計(jì)明年量產(chǎn)，2nm芯片也已經(jīng)取得了關(guān)鍵性的突破，進(jìn)度緊跟IBM。而Intel的7nm制程芯片預(yù)計(jì)2023年投產(chǎn)。