IBM推出全球首个5纳米工艺芯片预计2020年量产

在开发了全球首个7纳米芯片的两年之后，IBM宣布，该公司已取得技术突破，利用5纳米技术制造出密度更大的芯片。

IBM研究所科学家展示5纳米芯片晶圆

这种芯片可以将300亿个5纳米开关电路集成在指甲盖大小的芯片上。作为对比，同样大小的7纳米芯片可以集成200亿个晶体管。

简单来说，芯片上的晶体管越密集，晶体管之间的信号传递速度就越快。IBM表示，随着晶体管密度的增加，5纳米芯片相对于10纳米芯片可以实现40%的性能提升，或是将功耗降低75%。

IBM使用了一种新型晶体管，即堆叠硅纳米板，将晶体管更致密地封装在一起。纳米板晶体管通过4栅极去发射电子，这与当前通过3栅极发射电子的FinFET晶体管不同。FinFET最初出现在22纳米和14纳米芯片中，预计在7纳米芯片中仍将继续得到使用。

IBM研究院半导体技术研究副总裁穆克什·凯尔（Mukesh Khare）表示，芯片行业正在努力突破FinFET的设计，因为这种设计无助于集成电路规模的进一步扩大。随着芯片设计人员尝试集成更多的晶体管，芯片正面临晶体管泄露的问题。

凯尔指出“从几何学上来说，FinFET无法再继续扩大规模。”

IBM研究纳米板晶体管技术已有十余年时间。该公司使用“极端紫外线”光刻技术来制造纳米板晶体管，同样的工艺也应用在IBM的7纳米测试芯片中。

IBM与Global Foundries和三星合作展开了5纳米芯片的研究。这一合作组织在2017年日本的VLSI技术和电路大会上公布了这款芯片。IBM不会生产这种芯片，生产工作由Global Foundries和三星负责，而这两家公司也可以选择获得5纳米工艺的授权。

预计5纳米芯片将在2020年左右开始大规模量产。

目前的芯片工艺仍停留在10纳米阶段。例如，高通最新的骁龙835处理器就是使用三星10纳米工艺的首批芯片之一。三星最新的Galaxy S8智能手机搭载了这款芯片。

尽管IBM发布了5纳米芯片工艺，但芯片行业仍面临巨大的困难，以跟上摩尔定律的预测。不过，IBM的5纳米工艺至少指出了芯片行业在2020年之前的发展方向。

凯尔表示“摩尔定律不断受到挑战，因为跟上摩尔定律并不容易。这需要不断取得基础性的突破。这种新的晶体管将帮助芯片行业继续发展，产生摩尔定律所预测的经济价值。”

尽管如此，由于芯片行业面临着摩尔定律能否持续的不确定性，芯片设计者正在探索替代方案。近年来，芯片的重要发展来自于新的处理器架构，而不是在单位面积上集成更多晶体管。例如，GPU（图形处理单元）已成为“深度学习”技术主要的训练工具。谷歌则开发了专用处理器TPU（张量处理单元），目标是通过平台运行深度学习软件。

知名科技行业分析师帕特里克·莫尔海德（Patrick Moorhead）表示“摩尔定律自诞生以来一直在衰落，但直到最近才无法跟上每两年晶体管密度翻番的节奏。行业正在使用GPU、DSP、FPGA和ASIC来应对异构计算需求。”

他表示“向5纳米工艺的发展非常重要。因为所有计算，包括异构计算，都需要这种技术来提高效率或性能。”