作者：张国斌

IBM近日发布2nm芯片制造技术，声称这是世界首创，该工艺可以将500亿个晶体管集成到指甲大小的芯片上，这将实现世界领先的半导体制造工艺密度，即每平方毫米3.33亿个晶体管（如果一个指甲的尺寸为150平方毫米）。该公司表示，技术可以使芯片速度比今日许多笔记本电脑及手机所使用的主流7nm芯片提升多达45%，能源效率提高多达75%。比起当前最尖端的5nm芯片，2nm芯片的体积会更小、速度也会更快；目前5nm芯片只用在苹果 iPhone 12等高端手机，而5nm之后的下一个技术节点料为3nm。

这项工作是在IBM位于纽约州奥尔巴尼的奥尔巴尼纳米技术综合体的研究实验室完成的，在其提出5纳米纳米片工艺作为与Globalfoundries和三星的研究联盟的一部分的四年之后。而在它宣布在7纳米工艺上生产200亿个晶体管原型芯片的六年之后。虽然IBM在2020年宣布了Power10处理器的细节，但它表示基于7纳米的Power10的IBM电脑将在今年下半年上市。

按照这个速度，IBM的2纳米制造工艺可能要到2027年才开始在产品中使用。相比之下，台积电预计将在2022年开始生产其3纳米全栅极GAA工艺，2纳米GAA则处于研发阶段。

该工艺包括每个鳍片中的三个门-周围（GAA）纳米片通道。极端紫外线（EUV）处理对于定义工艺中的小尺寸是必要的，但它允许纳米片的宽度在15纳米到70纳米之间。为了呼应IBM早期在绝缘体上的硅（SOI）工作，该工艺包括一个底部电介质隔离，以实现12纳米的门长。IBM已经开发了一种内隔板干式工艺，以提供精确的栅极尺寸控制。该工艺支持多种阈值电压，用于SoC和高性能计算应用。

在此澄清一下，虽然该工艺节点被称为 "2纳米"，但这个2nm跟传统谈论的线宽不一样，在过去，这个尺寸曾经是芯片上二维特征尺寸的等效度量，如90纳米、65纳米和40纳米。然而，随着FinFET和其他3D晶体管设计的出现，现在的工艺节点名称是对 "等效2D晶体管 "设计的解释。一般用晶体管密度可以更准确的衡量，如同英特尔倡导的那样。