與IBM合作的三星，或許將成為最大贏家,。

作者 | 來自鎂客星球的家衡

就在臺積電和三星角逐3nm的白熱化階段,，藍色巨人IBM再一次走在了前列。

據(jù)報道,，曾擔任IBM半導體技術和研究副總裁穆列什·哈雷（MukeshKhare）帶領的團隊完成了2nm工藝技術的突破,，IBM也宣布造出全球第一顆2nm工藝的半導體芯片。

雖然IBM不直接參與晶圓代工廠之間的競爭,，但它推出的技術和相關研究卻對先進制程的升級有著極大的幫助,。

2nm芯片，IBM打造

據(jù)了解,，這次2nm工藝采用三層GAA（環(huán)繞柵極晶體管）技術,。

沒錯，這正是三星主攻3nm工藝采用的技術,。

在今年2月的IEEE國際固態(tài)電路大會（ISSCC）上,，三星搶在臺積電之前展示了第一款采用3nm工藝的256GB容量SRAM存儲芯片，讓行業(yè)第一次窺見GAA架構的廬山真面目,。

此外,，IBM使用兩項獨特的工藝：底部電介質隔離（bottom dielectric isolation）以及內層空間干燥處理（inner space dry process）,，這正是IBM掌握的2nm芯片制造技術的核心。

與當下主流的FinFET工藝相比,，GAA技術重新設計了晶體管底層結構,，增強了柵極控制，因此性能大大提升,，體積也更小,，速度也更快。

與當前主流的7nm芯片相比,，在同樣的電力消耗下,，IBM 2nm芯片的性能預計提升45%，輸出相同情況下能耗降低75%,。

往更深入看,，IBM 2nm芯片的晶體管密度為每平方毫米3.33億個晶體管(MTr/mm)。

作為對比,，當下最先進的臺積電5nm FinFET工藝每平方毫米約有1.73億個晶體管,，2nm芯片足足多了兩倍，而三星的5nm芯片每平方毫米僅為1.27億個晶體管,。

換個角度來看,，IBM 2nm芯片在指甲蓋大小面積（約150平方毫米）內，容納了500億個晶體管,。

IBM聲稱,，2nm技術將帶來多項提升：

手機電池壽命將大幅提升;

減少數(shù)據(jù)中心的碳足跡;

大大加強筆記本電腦性能;

有助于加快自動駕駛汽車等自主車輛的物體檢測和反應時間;

另外，這項技術將使太空探索,、人工智能,、5G、量子計算等領域受益,。

值得一提的是,，這里的2nm并不是物理上的2nm，而是等效節(jié)點“Equivalent Nodes”,，是表示從5nm,，3nm工藝演進而來的下一代工藝的“代號”。

這次2nm工藝只是實驗室技術,，離真正實現(xiàn)2nm芯片量產(chǎn)還有相當遠的距離，但這一消息依然稱得上業(yè)界的重磅炸彈,。

此外,，IBM也是率先造出7nm（2015年）和5nm（2017年）芯片的廠商，在電壓等指標的定義上很早就拿下主導權,。

盡管如今芯片市場的風頭已經(jīng)被臺積電,、三星,、英特爾、AMD等“后起之秀”占據(jù),，但藍色巨人IBM依然默默做著貢獻,。

依然強悍的芯片巨頭

由于自身業(yè)務調整以及半導體制造業(yè)務大額虧損，IBM在2014年將旗下芯片制造業(yè)務轉讓給半導體代工廠商GlobalFoundries（格芯）,，但IBM在半導體先進制程方面的研究卻一直沒有停止,，依然在紐約奧爾巴尼市保留了一家芯片制造研發(fā)中心。

在出售芯片代工業(yè)務的同年,，IBM耗資30億美元的項目著手進行了一項雄心勃勃的計劃——“ 7nm and Beyond ”,。

該計劃一方面在于開發(fā)可以經(jīng)濟地制造7nm及以下制程的工藝，另一方面尋找新材料以支持先進制程的繼續(xù)發(fā)展,。

事實證明,，這個計劃中脫胎的很多成果都推動了7nm、5nm發(fā)展,，這種影響力已經(jīng)延續(xù)到3nm節(jié)點,。

在IBM宣布“7nm and Beyond”計劃后一年，IBM與GlobalFoundries,、三星等合作伙伴,，共同推出了其首款7nm測試芯片。

時隔兩年,，IBM與他的盟友們再次首發(fā)業(yè)界第一個全新的5nm硅納米片晶體管（Nanosheet）芯片,，為后來實現(xiàn)5nm工藝鋪平了道路。

盡管兩次芯片都是實驗室測試芯片,，距離真正量產(chǎn)還有相當大的距離,，但IBM在攻克制程中使用極紫外線光刻技術（EUV）進行線的前端圖形繪制的技術，極大推進了后來EUV的商業(yè)化落地,。在這之后,，三星和臺積電紛紛宣布在7nm階段導入EUV技術。

同時,，IBM堅信,，Nanosheet（納米片）將成為FinFET芯片架構的替代品，在采用新納米片架構的方面上,，三星一直是將IBM技術從實驗室?guī)У绞袌龅闹覍嵤刈o者,。

基于當初IBM與三星之間在GAA上的合作研究，三星又重新設計了現(xiàn)有的GAA,，使其成為多橋溝道FET（MBCFET）,，再后來這也成為三星與臺積電在3nm節(jié)點處進行較量的一大利器。

很顯然,，在臺積電3nm FINEET工藝受挫的背景下,，GAA技術注定將成為半導體產(chǎn)業(yè)繼續(xù)向前發(fā)展的關鍵,。只不過GAA的制造難度顯然是極高的。

但IBM已經(jīng)弄清楚了如何使用單次曝光 EUV 來減少用于蝕刻芯片的光學掩模的數(shù)量,，這也將給晶圓巨頭們在制程突破上帶來了新思路,。

2nm量產(chǎn)仍有一段時間

在全球半導體發(fā)展的過程當中，IBM一直在其中充當著重要的角色,。IBM在二十世紀六十到九十年代間接連推出了多種技術,，深刻地影響了半導體產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

時至今日,，雖然IBM已經(jīng)放棄了半導體制造業(yè)務,，但其所授予眾多晶圓代工廠的專利技術，卻極大地推動了先進制程的發(fā)展,，這也使得IBM成為了先進制程升級過程中重要一員,。

伴隨著先進工藝玩家日趨減少，5nm節(jié)點處的競爭也愈演愈烈,，IBM的“7nm and Beyond”計劃的研究成果,，逐漸成為三星等合作伙伴在競爭中取得優(yōu)勢的一大幫手。 

目前各家的爭奪點依然在3nm制程的芯片,，不僅需要晶圓代工廠在工藝上的突破,，想實現(xiàn)真正量產(chǎn)，還需要高通等上游設計公司,、和ASML等中游設備廠商的努力,。