5月6日，IBM发布了世界上首个2nm芯片制造技术，一举赶超三星今年3月发布的3nmSRAM 芯片。

  在各大芯片厂商对于先进制程的你追我赶中，老牌巨头IBM颇有“廉颇老矣，尚能饭否”的风范。

  IBM首发的 2nm 芯片，将半导体行业提升到一个新的水平。与当前主流的 7nm 芯片相比，性能预计提升 45%，能耗降低 75%。与当前领先的 5nm 芯片相比，2nm 芯片的体积也更小，速度也更快。

  “此次IBM开发2nm芯片就属于第一种，是IBM的Albany研究中心做出来的，而非大规模量产”。南京大学研究光子芯片的物理学博士乔通指出。

  从开发到量产，“还需要光刻、刻蚀、离子注入等多种复杂工艺配合，且需要一层一层反复加工，

  任何一道工序出现失误都可能会引起芯片报废，此外还需不断调试以提升产品良率，减少相关成本，实现商业化量产。”

  AMD 高级数字芯片设计工程师温戈认为，将来手机会更省电，强大的算力将为无人驾驶，智能家居等场景赋能。而财经作者蔡凯龙则进一步描述，

  “可以让手机3天充一次电，新能源车一次充电轻松超过一千公里，还能大幅度降低全球碳排放量”

  在本期《你问我答》中，腾讯科技邀请了芯片领域的业内人士和网友一起讨论。以下是精华内容摘录：

  IBM首发的2nm芯片，是由Albany的芯片制造研究中心研发出来的。其最大的意义就是能以更低的功耗，提供更高的算力，相比于7nm芯片，这种技术预计将提升45%的性能、并降低75%的能耗。

  7nm，5nm，3nm工艺中的nm，指的是晶体管导电沟道的长度，通常也认为是晶体管的栅极宽度。

  在FinFET晶体管时代，即22nm以下，芯片的几纳米工艺已经不是指晶体管真正的导电沟道长度，而是等效长度，即芯片上的晶体管节点密度除以面积得来的。

  当然，IBM的2nm芯片依然是实验室中的产品，距离量产还有非常长的距离。从图中可见其采用的是三层GAA晶体管结构。目前能够生产5nm及以下工艺的只有三星和台积电，IBM并不具备这样先进的产线。

  从实验室到量产，最大的问题是良率，在工艺制程越来越小的情况下，短沟道效应会慢慢的明显，这给量产带来了极大的困难，目前3nm工艺尚未量产，2nm预计还要3年左右的时间。

  芯片的摩尔定律再次显灵了吗？英特尔创始人摩尔早年提出，每隔18-24个月，芯片性能提升一倍。

  2010年前的30年，摩尔定律一直适用，可是2010年后却失效了。 最近IBM首发2nm芯片，让大家期待芯片能再次提升，摩尔定律重新灵验。

  因为2nm芯片能在指甲盖大小（150mm²）的芯片上安装500亿个晶体管，相比于7nm芯片，这种技术预计将提升45%的性能、并降低75%的能耗。

  不仅可以让手机3天充一次电，新能源车一次充电轻松超过一千公里，还能大幅度降低全球碳排放量。这2nm简直就是神器，大家为此欢呼雀跃，但是也不要高兴太早， IBM只是在实验室研发出来， 距离量产还有十万八千里。

  从几百纳米一直缩小到2nm, 这时候电子之间的量子效应越来越明显，因此能够研发出2nm已经很不容易

  。下一步，如何保证工艺上能量产，简直是工程学上的一座大山。 目前，台积电和三星仅能量产5nm芯片，而英特尔还在7nm工艺上努力。消费者要线nm芯片，保守估计还要等5年以上。

  此次IBM开发2nm芯片就属于第一种，是IBM的Albany研究中心做出来的，而非大规模量产，因为IBM并没有生产10nm以下先进工艺芯片的晶圆厂，目前只有台积电和三星有能力生产。

  需要澄清的是，这里的2nm并不代表芯片的最小物理尺寸是2nm，而是等效节点“Equivalent Nodes”，仅仅表示从5nm，3nm工艺演进而来的下一代工艺的“代号”。

  芯片的面积计算可以简单类比为一个矩形，每一代工艺中矩形边长都缩短到上代的0.7倍，那么面积就缩减为0.7*0.7=0.49倍，大概是面积减半，晶体管密度翻倍。如果工艺改进不足一代，就按照中间节点half node来命名，大概面积缩小为0.7倍。

  而每一代芯片从实验室做出来，到大规模生产，需要漫长的良率爬坡过程。芯片生产的单位是硅晶元（wafer），一片12英寸硅晶元直径为300mm，能切割出很多片矩形芯片（die）。

  由于先进工艺非常昂贵，所以良率就决定了wafer切割出完好的die的数目，这直接决定芯片的成本。良率很重要，否则做一片亏一片。因此良率也是检验一个芯片代工厂工艺水准的重要指标之一。只有良率达到某些特定的程度，芯片才能大规模量产，最终变成产品送到消费者手中。

  历代工艺IBM的开发都早于台积电量产时间：7nm：IBM 2015年开发，台积电2018年量产；5nm：IBM 2017年开发，台积电2020年量产；2nm：IBM 2021年开发，台积电量产预计2024年。

  目前苹果A14和华为麒麟9000处理器都采用了最新的5nm工艺，希望未来3nm和2nm量产芯片早日到来，也希望国产芯片的进步可以加快速度。

  IBM宣布已开发出全球首个2nm芯片，但开发距离量产还有一定的距离。芯片开发到制造还需要光刻、刻蚀、离子注入等多种复杂工艺配合，且需要一层一层反复加工，整个制造流程大约涉及300到400道工序，任何一道工序出现失误都可能会引起芯片报废，此外还需不断调试以提升产品良率，减少相关成本，实现商业化量产。IBM虽宣布开发出2nm芯片，但其本身并不具备先进工艺芯片制造能力，此举更多只是概念的证明。

  在芯片先进工艺制造方面，随着制程的提升，资金和技术壁垒逐步的提升，各大晶圆厂相继宣布放弃投入，目前先进制程的玩家仅剩行业龙头台积电、三星和英特尔。

  据悉，台积电将在2022年量产3nm芯片，2nm工艺研发已经启动，预计2024年投入生产。可见摩尔定律还在继续发展，可能还会再延续10年。

  未来芯片行业还需寻求摩尔定律之外的突破，Chiplet技术、3D堆叠技术等先进封装技术获得广泛关注。