IBM試產(chǎn)5nm芯片：指甲蓋大小可容納300億晶體管

當(dāng)前商用晶體管柵極大小在 10nm 左右，但是 IBM 早已開始了 7nm、甚至 5nm 工藝的研究。不過為了制造 5nm 芯片，IBM 也拋棄了標(biāo)準(zhǔn)的 FinFET 架構(gòu)，取而代之的是四層堆疊納米材料。于是在指甲蓋大小的芯片面積里，即可塞下大約 300 億個晶體管，且能耗與效率都得到了保證。自 1970 年代以來，芯片行業(yè)在摩爾定律的加持下發(fā)展了幾十年(每隔兩年、芯片晶體管數(shù)翻一番)，但近年來遇到了一些瓶頸。

在紐約生產(chǎn)設(shè)施內(nèi)測試的 5nm 芯片晶圓

在消費(fèi)電子領(lǐng)域，14nm 芯片仍屬于比較先進(jìn)的標(biāo)準(zhǔn)，不過英特爾和三星的 10nm 工藝也已經(jīng)向高端市場殺進(jìn)。

研發(fā)方面，各公司也沒有停下腳步，比如早在 2015 年，IBM 就攜手 Global Foundries 和三星試產(chǎn)了一款 7nm 芯片。

該原型在指甲蓋大小的面積里，塞進(jìn)去了大約 200 億個晶體管。得益于新工藝和新材料，其有望在 2019 年投入商用。

IBM 研究院 5nm 晶體管掃描圖，其由堆疊硅納米材料制成。

不過現(xiàn)在，IBM 公布了他們的下一步計劃，將單個柵極的直徑進(jìn)一步縮減到 5nm，在同等面積下可擠下額外的 100 億晶體管。盡管當(dāng)前制造技術(shù)有潛力縮減至 5nm，但研究團(tuán)隊(duì)還是選擇開發(fā)一種全新的架構(gòu)。

自 2011 年以來，半導(dǎo)體行業(yè)采用 FinFET(鰭式場效應(yīng)晶體管)工藝已有多年。恰如其名，它的樣子有點(diǎn)像魚鰭，三個載流通道被一個絕緣層所包圍，但是這項(xiàng)技術(shù)也已接近可以縮小到的工藝極限。

研究員 Nicolas Loubet 手持一片新型 5nm 芯片晶圓

IBM 團(tuán)隊(duì)表示，繼續(xù)縮減 FinFET，并不會對性能提升有太大的幫助。有鑒于此，他們在 5nm 芯片上采用了堆疊式硅納米層，一次可向四個柵極發(fā)送信號(而不像 FinFET 那樣一次只能向三個柵極發(fā)射)。

借助極紫外線光刻技術(shù)，他們可以在晶圓上繪制出更小的細(xì)節(jié)。與當(dāng)前技術(shù)相比，它不僅光波能量高出許多，還支持在制造過程中持續(xù)調(diào)節(jié)芯片的功耗和性能。

與當(dāng)前 10nm 芯片相比，5nm 原型芯片在額定功率下的性能可提升 40%，或在匹配性能下降低高達(dá) 75% 的能耗。

未來我們有望見到更多更小、更強(qiáng)大、更有效率的電子設(shè)備，不過當(dāng)前 10nm 也才商用不久，7nm 要等到 2019，5nm 也還得再多等上幾年。