半導體紀錄再次刷新,IBM 聯手三星研發出首款 5 納米晶元
Intel 聯合創始人 Gordon Moore 1965 年提出著名的「摩爾定律」:當價格不變時,晶元上可容納的元件數目,約每隔 18-24 個月便會增加一倍,其性能也將提升一倍。但隨著晶體管製造工藝逐漸接近物理極限水平,摩爾定律已經不像以前那樣「准」了,不過,這並非意味著晶元製造工藝已經達到了極限。近日,IBM 研究團隊宣布他們已經成功研究出 5nm 的晶元製作工藝,並將生產測試晶元。
在宣布推出 7nm 測試晶元不到兩年的時間,IBM 又聯合 Samsung 和 GlobalFoundries 推出了使用硅納米晶體管實現的 5nm 晶元。幾十年來,半導體行業一直致力於將更多的晶體管放入晶元,以更低的成本實現更高的速度和功率。
目前,最先進的晶體管是 FinFET,全稱為 Fin Field Effect Transistor(鰭式場效應晶體管),是現代處理器中使用的一種「3D」晶體管。它因晶元表面的矽片形狀酷似魚鰭而得名,和早期平面晶體管一樣,FinFET 建立在絕緣硅襯板上,並且矽片的三面由被稱為「柵極」的結構包圍,防止切換電流的時候電子發生泄漏。這種晶體管已經可以製造出 7nm 的晶元,但是要製造更小的晶元就比較困難了。
半導體製造商們近年來一直在研究可以製造出 5nm 晶元的技術。IBM 提出的方法是,晶元中的每個晶體管都由三層堆疊的硅薄片組成,每個矽片只有幾納米厚,完全由柵極包圍,這樣既可以防止電子泄漏而且能節省電力。
GLOBALFOUNDRIES 的首席技術官 Gary Patton 說:「當我們在 2018 年將 7nm 晶元製造商業化的同時,我們也將積極地追求下一代 5nm 晶元技術,以保持技術處於領先地位,並使我們的客戶能夠擁有更小、更快、更節省成本的半導體產品。」
與市面上領先的 7nm 技術相比,基於絕緣矽片的 5nm 晶元技術可以在固定功率下使性能提升 40%,或者在相同性能下節約 75%的功耗。這將大大提高目前計算機的能效比。
使用這種新型技術的處理器預計最早將於 2019 年上市。現在世界上的很多東西,比如人工智慧,自動駕駛汽車,虛擬現實都需要很強大的計算能力,如果半導體工藝無法取得創新,那麼這些行業也將停滯不前。
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