臺積電霸主地位受挑戰?全球首個2nm芯片誕生,但量產仍是難題
這款芯片的關鍵在于將500億個晶體管納入150平方毫米大小的芯片中。
5月6日,IBM發布世界上首個2nm芯片。該公司表示,2nm架構芯片可以在與現有的7nm相同的性能下,少消耗75%的電力,搭載該芯片的手機可能四天才需要充一次電;同時,它也能在與現有的7nm相同的能耗下,增加45%的性能。比起當前最尖端的5nm芯片,2nm芯片的體積更小、速度更快。
這款芯片的關鍵在于將500億個晶體管納入150平方毫米大小的芯片中。
IBM曾是一家主要的芯片制造商,現已將其大量芯片生產外包給三星電子。但在紐約州奧爾巴尼(Albany)仍保留著一個芯片制造研發中心,IBM制造的世界首個2nm芯片正出自此研發中心。該中心負責對芯片進行試運行,并與三星和英特爾簽署了聯合技術開發協議,以使用IBM的芯片制造技術。
然而,即使手握2nm芯片制造技術這款“必殺技”,IBM也未必能甩開臺積電等競爭對手一個身位,未來還要看這款新品的量產能力。
3D時代 芯片尺寸并非評判性能強弱的唯一標準
2D封裝時代,尺寸是芯片先進程度的有效衡量標準。然而,隨著FinFET等3D晶體管的問世,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日發布評論文章稱,IBM宣稱自己打造了世界首個2nm制程的芯片,大幅推進了當前芯片生產技術。不過目前所謂的幾nm早已因為芯片由2D平面轉向3D發展,過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或許是單位面積的晶體管數目。
IBM的2nm制程號稱在150平方毫米的面積中容納500億個晶體管,平均每平方毫米是3.3億個,目前暫無同級別芯片可與之比較。
臺積電和三星的7nm制程大約在每平方毫米是9000萬個晶體管左右,三星的5LPE為1.3億個晶體管,而臺積電的5nm則是1.7億個晶體管。
IBM、臺積電 、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商用化產品Power10芯片出現。
因此,Ian Cutress稱,IBM的宣示意味是比較濃厚,何時能有產品推出又是另一回事了。
而IBM早在2014年退出代工業務,將其IBM Microelectronics部門出售給格芯,其2nm芯片代工業務或將委托給AMD、三星、格芯、英特爾。
另外,從Power路線圖來看,IBM目前最先進的Power10芯片為7nm制程,考慮到IBM的Power和z服務器業務的保守性(正在對處理器進行三年更新),在設計中的Power11和正在白板中的Power12在有5nm和3nm節點可以使用時,似乎并沒有必要運用2nm技術。
此前IBM半導體研發核心人員Mukesh Khare也預計,更新一代的Power11應該在2023年左右出現,采用成熟的5nm工藝。
值得注意的是,競爭對手正緊追不舍。目前能夠量產的制程技術中,臺積電5nm工藝拔得頭籌,用在蘋果的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。
各家對先進制程的探索仍在繼續。臺積電的4nm與3nm芯片預計明年量產,2nm芯片也已經取得了關鍵性的突破,進度緊跟IBM。而Intel的7nm制程芯片預計2023年投產。
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