IBM 造出首粒 2nm 芯片，台积电、GAA工艺将受何种影响？

转载：本文来自微信公众号“AI前线”（ID:ai-front），作者：一鹏，转载经授权发布。

IBM 站到世界嘅最前沿，芯片产业迎来又一个里程碑，摩尔定律再次被拯救，呢就是 2021 年 5 月 6 日，全球芯片产业界所发生嘅事。

当日，IBM 于官网宣布推出全球首创嘅 2 纳米芯片技术，“为半导体领域开辟‌新嘅领域”。当下，业内只有台积电、三星实现‌ 3nm 制程芯片嘅研发，且尚未实现量产，2nm 芯片确为业界首创。根据外媒披露嘅情况来睇，IBM 2nm 芯片嘅晶体管密度可以达到每平方毫米 3.33 亿个 (MTr/mm2)。同时，从 IBM 官网披露嘅图片来睇，该 2nm 芯片采用‌ GAA（Gate-All-Around，环绕栅极晶体管）工艺，也为该项工艺后续嘅普及打下‌坚实嘅基础。

由外媒整理嘅晶体管密度对比参考

从 3nm 到 2nm，GAA 才是呢一事件嘅核心

2nm 芯片研制成功，意味住各项指标都会出现大幅提升。IBM 对外表示：“同当今最先进嘅 7 nm 节点芯片相比，预计佢将实现 45％嘅性能提高或 75％嘅能耗降低。”公告同时贴出‌更加具体嘅潜喺性能优势对比：

• 手机电池寿命增加三倍，仅要求用户每四天为设备充电一次。
• 削减数据中心嘅碳足迹（指由个人、事件、组织、服务或产品造成嘅温室气体总排放量），呢啲数据中心占全球能源使用量嘅百分之一；
• 更快地处理应用程序，更快地访问互联网，极大增强笔记本电脑嘅功能。
• 有助于 自动驾驶汽车加快物体检测速度，降低反应时间。

以上性能提升和能耗降低指标，对于成个半导体行业而言，都系非常重要嘅创新和飞跃。但相对于产业界嚟讲，却仍然是个短时间内无办法企及嘅美好梦想。

首先，研制成功唔等于量产成功。前 ARM 公司基础设施事业线高级产品经理、某大厂前高级产品经理邵巍博士表示：“喺 IBM（发布）嘅新闻度，没有提到良率问题，因此成个业界乜嘢时候能够真正用上 2nm 嘅制程，仲系要要等待量产嘅消息。”

此外，“新闻中也漏掉‌常见嘅客户背书环节，因此推测一下，暂时还无客户。喺无客户嘅情况下， 好难推测从研制到量产需要几耐”，邵巍博士补充道。

况且，2nm 芯片因工艺特殊，对光刻机嘅要求也更为苛刻。有消息话，荷兰 ASML 公司嘅全新一代光刻机预计到 2025 年量产，其 NA 值提升到 0.5 ，好可能足以支撑 2nm 支撑芯片嘅量产。如果消息属实，意味住，到 2025 年产业界才具备 2nm 芯片嘅基础量产条件。

相比之下，该芯片对 GAA 工艺嘅应用实践，反而更具意义。乜嘢是 GAA 呢？Nerissa Draeger 博士喺之前嘅一篇采访中形容嘅较为简洁易懂：“环绕栅极晶体管 (GAA) 系一种经过改良嘅晶体管结构，其中通道嘅所有面都同栅极接触，呢样就可以实现连续缩放。”

同 GAA 相对应嘅系 FinFET（鳍式场效应晶体管），FinFET 是芯片从 22nm 逐步进军 7nm、5nm 嘅关键工艺，其发明人胡正明教授因此被称作“挽救‌摩尔定律嘅男人”。可喺进入 7nm 以下后，FinFET 逼近极限，产业界迫切需要新嘅工艺技术。这时，GAA 出现咗。

三星对 GAA 极为推崇，但“老大哥”台积电则求稳唔求快。上年 8 月，台积电对外表示，公司嘅 3nm 将继续沿用之前嘅 FinFET，呢也为 GAA 嘅落地、普及蒙上‌一层阴影。呢次 IBM 2nm GAA 芯片嘅问世，等于彻底打通‌从 3nm 到 2nm 嘅路径。之前，人仲喺度犹豫：GAA 能否替代 FinFET？而家，呢样嘅疑问随住 2nm 芯片嘅问世烟消云散。

“这系一个大进步，对于成个半导体业界嚟讲，算系对 GAA 技术嘅双保险，至少工艺制程演进到 3nm/2nm 唔存喺太多障碍嘎啦，可喜可贺。”邵巍博士喺采访中高兴噉讲道。

台积电、三星、英特尔嘅三强之争

IBM 本身并唔具备量产芯片嘅条件和能力， 其 2nm 芯片会通过授权嘅形式，交畀高端芯片代工厂商来完成。这本来唔系乜嘢‌唔得嘅事，剩只是产业链分工细化嘅表现。但对于台积电而言，事就没那么简单嘎啦。

台积电（TSMC）创始人张忠谋喺“2021 大师智库论坛”曾表示，台积电最大嘅竞争对手仍然是三星。而双方也确实喺 3nm 芯片呢一阵地剑拔弩张。据媒体报道，三星曾对外宣布未来 10 年投资超 1000 亿美元，目标到 2025 年喺芯片制造领域内保持领先。

唔过现实往往唔遂人愿，虽然三星自称喺 2002 年就对 GAA 保持关注并投入研究，但其 3nm GAA 芯片嘅量产至今仍无确切时间。反观台积电，3nm FinFET 芯片预计 2022 就可以实现量产，2nm GAA 芯片也喺研制中。睇样，台积电还将稳坐全球芯片代工第一嘅宝座。

但此时同三星保持良好合作关系嘅 IBM ，突然宣布 2nm GAA 芯片研制成功，将局势逆转，对台积电嘅既定规划造成‌冲击。

除咗三星，英特尔也好可能参同到代工生产中来，况且英特尔入局代工生意本就属于“突袭”，之前英特尔新任 CEO 帕特・基辛格更加系宣称 2 年内超越台积电。

竞争更加激烈，局势更加复杂，呢就是台积电面对嘅未来市场。

好喺台积电嘅真正命脉喺于苹果、高通嘅大笔订单。只要做好小步快跑，短期内并唔会因为 IBM 2nm 芯片嘅出现收到较大冲击。“大家（代工厂商同客户）一般都会提前对齐 3-5 年嘅目标，苹果唔会介意 2nm/3nm 呢种名，对齐嘅都系跟细节嘅参数”，邵巍博士对 InfoQ 记者说道，“苹果嗰个产能需求量， 谁接‌单，都得加工厂、加生产线， 至少提前 2 年。”

对于台积电而言，真正嘅战役可能唔喺当下，而系喺未来嘅 3 – 5 年内，同“挑战者”三星来一场针尖对麦芒嘅比拼。

参考链接：

链接,-Opening-a-New-Frontier-for-Semiconductors