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IBM搞出瞭2nm的芯片,一片指甲蓋大小就能塞500億個晶體管

今天差評君想和大傢嘮嘮芯片。


1971 年,英特爾研制出瞭世界上第一款微處理器Intel 4004 ,它的誕生標志著 CPU 作為集成電路,正式登上瞭歷史舞臺。


當時這枚芯片的尺寸為 3mm × 4mm 的大小,上面一共集成瞭 2300 個晶體管,左右一共 16 個針腳,采用的是10 微米制程。


別說,長相還挺萌。。。▼

IBM搞出瞭2nm的芯片,一片指甲蓋大小就能塞500億個晶體管


盡管它的主頻隻有 108 KHz ,隻能進行 4 位的運算,但是論起輩分來,它可是現在所有 CPU 的鼻祖。


4004 的設計圖▼

IBM搞出瞭2nm的芯片,一片指甲蓋大小就能塞500億個晶體管


差評君為什麼會突然聊到它呢?


因為在昨天, IBM 發佈瞭世界上第一款等效 2 納米制程的芯片。

IBM搞出瞭2nm的芯片,一片指甲蓋大小就能塞500億個晶體管


相比它的祖先,這玩意兒每平方毫米面積上的晶體管數量平均下來是3.3 億個,在指甲大小的芯片中,一共容納瞭500 億個晶體管。

IBM搞出瞭2nm的芯片,一片指甲蓋大小就能塞500億個晶體管


10 微米2 納米,晶體管數量從幾千個幾億個,半導體技術的發展,全都濃縮在瞭這塊小小的芯片上。


知道你能塞,沒想到你這麼能塞,還連續塞瞭 50 年。。。


平面塞不下瞭,就把整體排佈從平面轉向立體,技術升級過後,繼續塞。


不過話說回來,塞晶體管提升 CPU 性能,也是要遵守基本法的。


對於半導體行業來說,這個基本法就是英特爾創始人戈登摩爾在 1965 年提出著名的 “ 摩爾定律 ” 。

IBM搞出瞭2nm的芯片,一片指甲蓋大小就能塞500億個晶體管


“ 芯片中集成晶體管的數量大約每 24 個月增加一倍。 ”


說是定律,但本質上 “ 摩爾定律 ” 是根據摩爾自身的行業經驗做出的一種推測,並不是什麼定理。


可怕的是,整個半導體行業還真就在這條推測上發展瞭半個世紀。


這期間有無數的人認為 “ 摩爾定律 ” 要死瞭,芯片產業要遇到瓶頸瞭,沒想到,它不聲不響已經來到瞭 2nm 。


而這次 IBM 在 2nm 制程的芯片上用瞭一種叫 GAA ( Gate All Around )環繞式柵極的技術。

IBM搞出瞭2nm的芯片,一片指甲蓋大小就能塞500億個晶體管


這項技術最早是由三星先采用的,分為納米線納米片結構,好處是能解決原先 5nm 工藝中遇到的漏電情況。


IBM 用的是右下的納米片結構,右上為傳統的 FinFET 結構▼

IBM搞出瞭2nm的芯片,一片指甲蓋大小就能塞500億個晶體管


簡單來說,這項技術讓晶體管之間的密度更高,空間優化處理的更好,從而帶來更強的算力。


那 2nm 芯片除瞭晶體管之間的間隙變小之外,性能到底提升瞭多少呢?


根據 IBM 官方的說法,拿 2nm 對比發揮同樣性能 7nm 制程芯片,它隻需要用到 7nm 芯片 25% 的能耗。


反過來說,在與 7nm 芯片相同的功耗下, 2nm 能提升 45% 的性能。

IBM搞出瞭2nm的芯片,一片指甲蓋大小就能塞500億個晶體管


2nm 具體的應用場景涵蓋瞭服務器、人工智能、 5G 、 6G 甚至是量子運算, IBM 對它的期望值非常之高。


它到底有多頂呢?打個比方來說,如果這個芯片搭載到手機上,在電池大小不變的情況下,能增強 3 倍的續航。


理論上原本一天一充的手機,可以做到四天一充。


嗯?還有這種好事?


這把差評君給看一激靈,手機性能變強的同時,續航還能長出這麼多,直接夢回超長續航待機一周的功能機時代,體驗的卻是智能機的性能。。。


當然,現在這也隻是嘴上說說,真正要把芯片應用到手機上,還會受到手機其他因素的影響和牽制,相對來說沒那麼理想。


比如耗電大戶屏幕▼

IBM搞出瞭2nm的芯片,一片指甲蓋大小就能塞500億個晶體管


2nm 光是性能的噱頭,廠商們不超頻拉個性能,那肯定是說不過去的,目前沒有一傢手機公司,會因為追求續航而放棄硬件性能。


看看今年 5nm 驍龍 888 的發熱就知道瞭,嘖嘖嘖,慘不忍睹。


而且這玩意兒要量產,也不知道要等到猴年馬月。


說起來,這次 2nm 的技術,既不是三星,也不是臺積電,而是看似八竿子打不著的 IBM 。


你不是在搞量子計算機嗎,還有餘力整芯片?


其實這並不奇怪, IBM 一直都有研發團隊在做芯片。


他們有 ASML 的光刻機,卻隻來做研發, IBM 很早就賣掉瞭自己的芯片生產線,不參與到芯片的生產環節。

IBM搞出瞭2nm的芯片,一片指甲蓋大小就能塞500億個晶體管


不過吊詭的是, IBM 每次都能搶在傳統芯片制造商之前,設計出新制程的原型芯片來。


比如說 10nm 芯片是由他們在 2014 年研發出來的,到瞭 2017 年才量產, 5nm 芯片在 2015 年提出,到 2018 年量產。


隻不過和其他量產芯片不一樣,這東西平時我們也見不到, IBM 生產的芯片都搭載在自己的服務器上。

IBM搞出瞭2nm的芯片,一片指甲蓋大小就能塞500億個晶體管


而且我們要知道,造出芯片和量產芯片壓根不是一回事兒,一個芯片從設計到批量生產,還得看代工廠的水平。


舉個例子吧,這 2nm 芯片讓英特爾設計,也搞得出來,但你讓它量產,他隻拿得出 14nm+++++ 。。。


畢竟在量產過程中的良率、工藝方面等關鍵技術,可不是芯片設計方能搞定的。


說句題外話,現在看來英特爾現在面臨的情況,可不止兩塊面包夾芝士瞭,不算 IBM ,至少有四塊。。。


那就奇怪瞭, IBM 花心思去搞芯片不搞量產,就是圖一樂?就是玩兒嗎?


當然不是,對於一傢科技企業來說,能制定行業標準可比制造芯片本身要關鍵多瞭。


IBM 先推出瞭這項技術,自然會引得其他科技公司來合作,到時候整個技術轉讓,躺著賺錢它不香嗎?


另一方面, IBM 也急需整個活來拉伸一下自傢的股價,量子計算機這麼燒錢的項目耗著,總不能一直虧錢不是?


哎,適時推個成果出來,拉一下股價,順便給股東一個交待,該燒繼續燒。


宣佈 2nm 的消息之後, IBM 的股價漲瞭 2% ,但好像又跌回來瞭。。。

IBM搞出瞭2nm的芯片,一片指甲蓋大小就能塞500億個晶體管


總的來說, IBM 這次的 2nm 芯片,秀肌肉的意義會大一些,對於他們來說,確保量子計算機的開發才是重中之重。


上個月底, IBM 計劃在德國安裝一臺全新的 Q System One 量子計算機。

IBM搞出瞭2nm的芯片,一片指甲蓋大小就能塞500億個晶體管


他們希望能解決長久以來困擾他們的量子傳輸和量子通信等問題,將量子數據傳輸投入到實際應用中。


這要是成瞭,現在芯片的算力恐怕要全部重新計算瞭。


再回到上面 “ 摩爾定律 ” 的問題上,芯片真的會有進化不瞭的一天嗎?


其實嚴格一點的話,摩爾定律已經接近瞭極限,但人們對於技術的想象力是無限的。


最早人們對摩爾定律的追求是建立在追求制程的基礎上,鋪設大量晶體管的,而後來研制出瞭用從平鋪轉變為立體的形式,繞開制程繼續增加瞭晶體管。


以前的工程師想不到我們能這麼幹,古代人也想不到我們能在這麼小的芯片上鋪設這麼精細的電路。


人類在工藝方面的想象力是無限的,差評君奶一口摩爾定律起碼還能再戰十年!


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