500亿晶体管！全球首款2nm芯片制程发布，未来手机四天一充电？

　　将500亿个晶体管集成到指甲大小的芯片上？蓝色巨人称：我们做到了！最近，IBM宣布了其2纳米工艺技术，比目前主流的7纳米芯片速度快45%，功耗低75%。然而，2nm的提出引发了对过程节点名称的新思考。
　　你可能忘了IBM是一家大型芯片制造商。
　　它今天提醒我们，世界上第一个2纳米芯片制造技术诞生于纽约奥尔巴尼的IBM研究所。
　　在IBM研究院的阿尔巴尼工厂制造的2纳米晶圆
　　每十年是检验摩尔定律极限的时期，2021年开始的十年也不例外。
　　随着EUV技术的发展和其他技术的进步，晶体管的尺寸已经减小。目前，这项技术正成为瓶颈。
　　根据IBM的新技术，这种架构平衡了性能和能源效率——比目前主流的7Nm芯片快45%，功耗低75%。
　　这则消息，就像一部大片，长期以来主导着台积电、三星和英特尔的芯片行业，让IBM有了生存的感觉。
　　必须澄清的是，工艺节点称为＂2nm＂，这与传统的线宽不同。
　　世界上第一个2nm芯片制造技术，2nm标签，你明白了吗。
　　在过去，这个尺寸曾经是芯片上二维特征尺寸的一个等价度量，即90nm、65nm和40nm。
　　然而，随着FinFET和其他3D晶体管设计的出现，当前的工艺节点名称是对＂等效2D晶体管＂设计的一种解释。一般来说，晶体管密度是一个精确的测量，如英特尔所倡导的。
　　例如，英特尔的7Nm工艺与台积电的5nm工艺完全相同；台积电的5nm工艺没有50%的改进（它比7纳米工艺提供15%的改进）。把它称为5nm过程是牵强的。据IBM称，他们的＂2nm＂技术比台积电的7Nm工艺好50%，所以现在宽松的标准是3.5Nm。
　　但这不代表IBM的新消息没有技术含量。
　　IBM表示，这种新芯片的＂指甲大小＂芯片中有多达500亿个晶体管，这使得IBM的晶体管密度达到每平方毫米3.33亿个晶体管（MTr / mm 2）。
　　通过下表可以获得更好的比较：
　　不同的工厂有不同的官方名称和不同的密度。令人吃惊的是，这些密度数字被列为晶体管库的峰值密度，芯片面积是峰值关注点，而不是频率扩展功率和热因素，处理器部分的密度是这些数字的一半。
　　IBM没有明确说明全向栅/纳米芯片晶体管的发展。图为全新2nm处理器采用三层砷化镓设计。
　　ibm2纳米硅制造工艺的横截面：GAA叠层。
　　此前，三星推出了3nm的GAA，而台积电则要等到2nm。相比之下，英特尔在5nm工艺中引入了某种形式的砷化镓。
　　该工艺由每个翅片中的三个栅绕（GAA）纳米沟道组成。
　　据IBM称，这项先进技术的潜在好处可能包括：
　　将手机的电池寿命提高四倍，并要求用户每四天给手机充电一次。
　　减少数据中心的碳足迹，数据中心占全球能源使用量的1%和5.8亿兆焦耳。他们所有的服务器都基于2nm处理器，这可能会大大减少这个数量。
　　大大加快了笔记本电脑的功能，从快速处理应用程序，到方便的语言翻译辅助，再到快速的互联网接入。
　　它有助于加快自动车辆和其他自动车辆的检测和响应时间。
　　这项技术有利于数据中心能效、空间探索、人工智能、5g和6G量子计算等。
　　IBM有可能挑战台积电吗？
　　英雄不再勇敢。蓝色巨人IBM没有芯片巨头的形象。
　　在那些年里，美国的存储器产业随着SEMATECH联盟的崛起，依靠IBM慷慨捐赠的晶圆生产线。
　　IBM将大量芯片生产外包给三星电子。在纽约的奥尔巴尼，仍然有一个芯片制造研究中心。该中心负责芯片的试运行，与三星、英特尔签署联合技术开发协议，并采用IBM的芯片制造技术。
　　纽约奥尔巴尼附近有许多著名的大学和研究中心：例如，通用电气的全球研发中心、IBM和一些相关的工厂。
　　也就是说，IBM正在大做文章，加入台积电和三星的竞争。
　　去年秋天，苹果M1和A14与华为麒麟9000联手，成为第一批基于台积电5纳米技术节点工艺的处理器。
　　而三星则在追赶落后的5纳米工艺。
　　其他制造商，如AMD和高通公司，现在使用台积电的7Nm芯片（高通的骁龙 888是在三星的5纳米技术上制造的）。
　　至于英特尔，芯片巨头计划在2025年和2027年完成3nm和2nm节点。该公司不太可能在2023年发布7Nm处理器，目前使用10nm和14nm芯片。必须承认的是，英特尔的芯片往往有更高的晶体管密度比他们的竞争对手在纳米数量。
　　台积电正在研究2纳米技术，其4纳米芯片技术有望在2021年底实现风险生产。3纳米处理器预计将于2022年下半年推出，2纳米版将于2019年研发，目前正在研发中。
　　但雄心归雄心，铠甲还是很重要的。
　　先进纳米制造所必需的EUV和ASML已经在全球生产了100套，其中70套属于台积电。
　　IBM的2纳米芯片制造技术需要几年时间才能进入市场。台积电的3nm被称为新王。
　　芯片上的晶体管越多，处理器设计者的选择就越多。IBM在最新一代IBM硬件中实现了其他创新的核心级增强，如ibmpower10和ibmz15。
　　但更强大、更高效的CPU正奔赴而来，这不值得兴奋吗？