“指甲盖”上集成500亿个晶体管！IBM造出2纳米芯片，将带来哪些改变？

5月6日，美国国际商用机器公司（IBM）宣布研制出全球首个制程为2纳米的芯片。与目前市场上主流的7纳米芯片相比，2纳米芯片的性能将提高45%，能耗降低75%，有望提升手机、笔记本和汽车等一系列产品的性能，甚至运用到人工智能和云计算等前沿领域。在芯片技术迭代、全球“缺芯”，以及美国在全球半导体行业地位下滑等背景下，这一进展可谓重大突破。但是，这项最新技术可能还需要几年时间才能推向市场。

“指甲盖”上集成500亿个晶体管

IBM表示，2纳米制程可使指甲盖大小的芯片容纳多达500亿个晶体管。而在2017年宣布其5纳米工艺突破时，这一数字为300亿个。

由于半导体在计算机、家电、通信设备、运输系统和基础设施等各个领域都扮演着重要角色，2纳米芯片的出现预计将给人们的生活带来改变。

例如，有了2纳米芯片，手机电池的使用寿命可以延长4倍；笔记本电脑的运行速度将显著提高；数据中心的碳足迹将大幅减少；有助于加快自动驾驶汽车的目标检测和反应时间。

IBM研究主管达里奥·吉尔（Dario Gil）在接受采访时表示:“没有多少技术或技术突破最终能让所有人受益。”但是，2纳米芯片是这样的技术突破之一。

另据报道，尽管进行设计研发，但IBM并不大规模制造芯片。相反，IBM将把2纳米技术授权给芯片制造商。路透社报道，IBM曾经是主要的芯片制造商之一，如今已把量产芯片工作委托给三星电子，但仍保有纽约州奥尔巴尼的芯片研制中心。此外，IBM也与三星和英特尔签订了联合技术开发协议，两家公司可以使用IBM的芯片制造技术。

持续取得突破

这里所说的纳米是一种度量单位，1纳米等于1米的10亿分之一。有评论称，如今更低的“纳米”数值被广泛视为一种营销术语，用来描述新一代技术，带来更好的性能和更低的功耗。

随着社会发展和技术演进，尤其是混合云、人工智能和物联网时代的到来，人们对提高芯片性能和能源效率的需求持续上升。半导体行业不断面临的挑战是：同时制造出更小、更快、更强大、更节能的微芯片。

路透社指出，几十年来，每一代计算机芯片都变得更快、更节能，因为它们最基本的组成部分——晶体管变得越来越小。换句话说，提高芯片性能的方法是增加晶体管的数量——处理数据的核心元素，同时不扩大芯片的整体尺寸。

吉尔解释说:“当我们觉得手机变得更好，汽车变得更好，电脑变得更好时，那是因为在背后，晶体管变得更好，我们的芯片中有更多的晶体管。”

近年来，芯片行业一直致力于“升级”芯片，但受限于材料和技术条件。不过，IBM等行业巨头在该领域持续取得突破。2015年，IBM宣布研制出首个制程为7纳米的测试芯片，可使指甲盖大小的芯片容纳多达200多亿个晶体管，但这一技术直到2019年才开始广泛使用。此后，IBM还推出了5纳米芯片，刚刚出现在iPhone 12这样的智能手机上。据悉，如今大多数驱动设备的芯片使用10纳米或7纳米工艺技术，有些制造商生产5纳米芯片。

影响深远广泛

眼下，IBM再次突破了半导体行业的重要瓶颈，预计将带来深远广泛的影响。

首先，这一进展大幅推进了当前芯片生产技术的前沿，对于满足未来计算和大数据系统、移动产品和其他新兴技术的要求至关重要。

其次，在与英特尔和台积电等主流芯片制造商的激烈竞争中，“蓝色巨人”有望借助“首创”稳住行业领先地位，同时帮助开发自己的未来科技产品。

市场情报公司IDC的研究总监彼得·鲁登说：“这也向IT行业发出了一个信息——IBM将继续是硬件研究的龙头。”

“目的……是确保我们在国内半导体技术方面处于领先地位，”吉尔说，“这证明我们在这个国家确实有领导能力，但人们并没有停滞不前。我们需要向前推进。”

再次，IBM研制出全球首款2纳米芯片，或将拉动美国在全球半导体行业的地位。值得注意的是，此次2纳米芯片正是在IBM位于纽约州奥尔巴尼的实验室研制的。而在全球芯片短缺的当下，各国正试图整顿芯片制造业，减少对其他代工厂的依赖，美国正是其中之一。有评论称，芯片制造业已被视为国家安全和经济竞争力的必要条件。不过，这种2纳米芯片预计将在2024年末或2025年开始生产，不足以缓解目前全球“缺芯”的局面。

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