台积电霸主地位受挑战 全球首个2nm芯片诞生

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5月6日,国际商业机器公司(IBM)发布世界上首个2nm芯片。该公司表示, 2nm架构芯片可以在与现有的7nm相同的性能下,少消耗75%的电力,搭载该芯片的手机可能四天才需要充一次电。

分析认为,全球晶片代工厂商台积电(TSMC)地位受到挑战。

据中国媒体《科创板日报》5月7日报道,它也能在与现有的7nm相同的能耗下,增加45%的性能。比起当前最尖端的5nm芯片,2nm芯片的体积更小、速度更快。

这款芯片的关键在于将500亿个晶体管纳入150平方毫米大小的芯片中。

IBM曾是一家主要的芯片制造商,现已将其大量芯片生产外包给三星电子(Samsung Electronics)。但在纽约州奥尔巴尼(Albany)仍保留着一个芯片制造研发中心,IBM制造的世界首个2nm芯片正出自此研发中心。该中心负责对芯片进行试运行,并与三星和英特尔签署了联合技术开发协议,以使用IBM的芯片制造技术。

然而,即使手握2nm芯片制造技术这款“必杀技”,IBM也未必能甩开台积电等竞争对手一个身位,未来还要看这款新品的量产能力。

3D时代 芯片尺寸并非评判性能强弱的唯一标准

2D封装时代,尺寸是芯片先进程度的有效衡量标准。然而,随着FinFET等3D晶体管的问世,单位面积上能承载多少晶体管变得更有意义。

AnandTech的专栏作家Ian Cutress在5月6日发布评论文章称,IBM宣称自己打造了世界首个2nm制程的芯片,大幅推进了当前芯片生产技术。不过目前所谓的几nm早已因为芯片由2D平面转向3D发展,过去比较零组件最小尺寸的意义已失去,更多只是一种“换代”的概念,比较有意义的比较基准或许是单位面积的晶体管数目。

IBM的2nm制程号称在150平方毫米的面积中容纳500亿个晶体管,平均每平方毫米是3.3亿个,目前暂无同级别芯片可与之比较。

台积电和三星(Samsung Electronics)的7nm制程大约在每平方毫米是9,000万个晶体管左右,三星的5LPE为1.3亿个晶体管,而台积电的5nm则是1.7亿个晶体管。

试制成功和能否量产是两码事

IBM 2015年就宣布试制7nm制程成功,但一直到去年八月才有第一个商用化产品Power10芯片出现。

因此,Ian Cutress称,IBM的宣示意味是比较浓厚,何时能有产品推出又是另一回事了。

另外,从Power路线图来看,IBM目前最先进的Power10芯片为7nm制程,考虑到IBM的Power和z服务器业务的保守性(正在对处理器进行三年更新),在设计中的Power11和正在白板中的Power12在有5nm和3nm节点可以使用时,似乎并没有必要运用2nm技术。

此前IBM半导体研发核心人员Mukesh Khare也预计,更新一代的Power11应该在2023年左右出现,采用成熟的5nm工艺。

值得注意的是,竞争对手正紧追不舍。目前能够量产的制程技术中,台积电5nm工艺拔得头筹,用在苹果(Apple)的M1、A14芯片及华为的Kirin 9000上,次之为三星的5LPE工艺,用在高通(Qualcomm)骁龙888芯片上。

各家对先进制程的探索仍在继续。台积电的4nm与3nm芯片预计明年量产,2nm芯片也已经取得了关键性的突破,进度紧跟IBM。而Intel的7nm制程芯片预计2023年投产。

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