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IBM宣布推出全球首个2nm芯片制造技术

来源:资质荣誉    发布时间:2024-01-25 22:38:12    浏览次数:1次
导读: ...

  技术引起了大家的注意。与7nm的技术相比,预计将带来45%的性能提升或75%的能耗降低,而比起当前最尖端的5nm芯片,2nm芯片的体积更小、速度更快。

  台积电的5nm芯片每平方毫米约有1.73亿个晶体管三星的5nm芯片每平方毫米约有1.27亿个晶体管。这样对比来看,IBM 2nm晶体管密度达到了台积电5nm的2倍。

  而Intel的7nm晶体管密度超越了台积电5nm,也超过了三星的7nm,因此有业内的人表示IBM 2nm芯片在规格上强于台积电的3nm。

  而每平方毫米有大约3.33亿个晶体管的IBM新型2nm芯片,可不是好生产的。

  IBM表示,其采用2nm工艺制造的测试芯片可以在一块指甲大小的芯片中容纳500亿个晶体管,而2nm小于我们DNA单链的宽度。

  通过图片能够正常的看到,IBM新型2nm芯片采用纳米片堆叠的晶体管,有时也被称为gate all around或GAA晶体管。

  IBM的三层GAA纳米片,每片纳米片宽40nm,高5nm,间距44nm,栅极长度12nm。

  IBM表示,该芯片首次使用底部电介质隔离,实现12nm的栅极长度,能够大大减少电流泄漏,有助于减少芯片上的功耗。

  该芯片另一个新技术就是IBM提出的内部空间干燥工艺,这有助于实现纳米片的开发。

  并且该芯片广泛地使用EUV技术,例如在芯片过程的前端进行EUV图案化,不仅是在中间和后端。

  而这样的技术最终可以让制造2nm芯片所需的步骤比7nm少得多,能促进整个晶圆厂的发展,也可能降低部分成品晶圆的成本。

  最后,2nm晶体管的阈值电压(上表中的Vt)能够准确的通过需要增大和减小,例如,用于手持设备的电压较低,而用于百亿超级计算机的CPU的电压较高。

  其实,早期IBM在半导体制造业有深厚的技术积累。例如32nm节点上AMD使用的SOI工艺也来自IBM合作研发。

  IBM曾经拥有过自己的晶圆厂,Power处理器就是自产自销。后期因为业务调整,2014年将晶圆业务及技术、专利卖给了格芯。然而2018年8月,格芯宣布无限期停止7nm工艺的投资研发,转而专注现有14/12nm FinFET工艺及22/12nm FD-SOI工艺,随之AMD宣布将CPU及GPU全面转向台积电,当时业内都表示IBM很受伤。

  目前来看,台积电和三星正在生产5nm芯片,英特尔则致力于7nm芯片技术。而按投产进度来看,台积电目前计划在今年年底开工投产的4nm芯片工艺,大批量生产要等到2022年;3nm芯片技术投产进程预计更晚,要到2022年下半年;2nm芯片技术更是仍处于相对早期的开发阶段。

  关于3nm制程工艺,业内表示将于今年进行试产,2022年量产大概率可以量产。那么2nm呢?

  2020年9月,经济日报曾报道,台积电宣布2nm制程获得了重大突破,当时供应链预计2023年下半年可望进入风险性试产,2024年正式量产。

  而在GAA技术的采用上,三星3nm就导入GAA。关于GAA工艺,2019年5月,在当时的 SFF(Samsung Foundry Forum)美国分会上,三星就表示将在2021年推出基于 3nm GAA工艺的产品,并表示该产品的性能提高 35%、功耗降低 50%、芯片面积缩小45%。

  当时三星公布的消息引起了轰动,毕竟英特尔10nm还没量产,三星的3nm就要来了。

  而台积电要到2nm才会导入GAA技术。相比于三星,台积电切入GAA工艺较晚,虽然这与台积电本身FinFET的巨大成功有一定的关系,但可能更多的原因主要在于若采用新的工艺,从决定采用到最终实现量产,需要耗费较长的时间周期。

  如今IBM将大多数芯片的生产外包给了三星,包括Power 10服务器处理器,IBM在美国纽约州的奥尔巴尼仍保留着一处芯片研发中心,该中心负责对芯片进行研发和测试,并与三星和英特尔签署了联合技术开发协议。有媒体表示,IBM此次发布的2nm芯片制程正是在这个研发中心设计和制造的。

  2015年,IBM研发出了7nm原型芯片,2017年,IBM又全球首发了5nm原型芯片。据报道,这些都是IBM与三星、格芯等几家公司共同合作研发的成果,而格芯在2018年放弃了7nm,就此业内分析称,大概率IBM会找三星代工。

  随着工艺的发展,有能力制造先进节点芯片的公司数量在不断减少。其中一个关键的原因是新节点的成本却慢慢的升高,例如台积电最先进的300mm晶圆厂耗资200亿美元。

  在7nm以下,静态功耗再次成为严重的问题,功耗和性能优势也开始减少。过去,芯片制造商可以预期晶体管规格微缩为70%,在相同功率下性能提高40%,面积减少50%。现在,性能的提升在15- 20%的范围,就需要更复杂的流程,新材料和不一样的制造设备。

  为了减少相关成本,芯片制造商慢慢的开始部署比过去更加异构的新架构,并且他们对于在最新的工艺节点上制造的芯片慢慢的变挑剔。

  其实,台积电在2nm切入GAA同样有几率存在资金的考虑。台积电近些年的研发费用占据营收费用的8%~9%,其营收逐年增加,研发费用也随之增多。

  对于三星而言,如果真的为IBM代工,那么或许可以为三星在技术上追赶台积电打些基础。

  IBM研究部高级副总裁兼总监DaríoGil表示:“这种新型2nm芯片所体现的IBM创新对整个半导体和IT行业至关重要。”

  关于IBM的2nm芯片,部分业内的人表示“这就是在忽悠”,也有业内的人表示这不是噱头,IBM真的有技术上的创新。

  “在芯片制造方面,特别是大规模应用的时候,良率是重要指标。真厉害是高良率量产,这也是一般公司在宣传先进的技术的时候,总要附上客户名单的原因。”

  那么这次的2nm研发成功,该多少年后量产呢?难说。但是2nm工艺是不是真的成熟,研发成本真的扛得住,制造出来的芯片真的能卖出去,还需要一些时间的检验。

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