IBM开创亚1纳米芯片新纪元：指甲盖大小塞进千亿晶体管

北京时间周四傍晚，老牌科技巨头IBM宣布推出“全球首个亚1纳米芯片技术”，展示逻辑芯片刚开始迈入“2nm时代”的当下，还有办法继续通过技术跃迁大幅提升能效。

具体而言，IBM的最新“重大半导体突破”是所谓0.7纳米（7埃）节点的晶体管架构，能够在指甲大小的芯片上集成近1000亿个晶体管，密度几乎是IBM 2021发布的2nm芯片的一倍。

在另一篇博客中，IBM表示，如今流行的AI加速器大约能提供1,500TOPS（万亿次操作/秒）的算力，采用7埃技术的加速器可提供约7倍的性能，达到约7,000 TOPS。若用7埃芯片来训练当今庞大、处于前沿的LLM，可以将训练时间从约三个月大幅缩短到几周。

为了实现这一进步，IBM开发了一种名为“纳米栈”（nanostack）的新型晶体管架构。这种架构将晶体管进行垂直堆叠并错位排列，利用三维顺序集成技术，在一块芯片上塞入更多晶体管。

该设计还解锁了在每个堆叠层内使用不同材料组合的可能性，从而在不相互影响的情况下优化每个晶体管的性能和能效。

需要注意的是，如今晶体管节点的命名更多指向制造工艺，而并非芯片中接触式金属导线的宽度。在IBM的案例中，这意味着原子级工程——晶体管由三层各厚约5纳米（约15个原子）的薄片构成，薄片间距为9纳米。

IBM强调，与2nm芯片相比，新芯片预计将实现显著性能飞跃——性能提升最高可达50%，或能效提升高达70%。

IBM研究人员也证明，“纳米栈”架构能够使得SRAM（静态随机存取存储器）规模提升40%。IBM声称，这是内存容量方面的一次巨大跃升，类似幅度的进步行业十多年来未曾见到。片上内存访问是AI计算中的关键瓶颈之一，而团队通过新的7埃米设计解决了这一问题。

与5年前不同，IBM暂未公布“亚纳米芯片”的生产合作伙伴，仅表示目标在未来五年内将亚纳米芯片技术商业化部署。

据悉，IBM目前正与日本代工厂Rapidus合作扩大2纳米工艺芯片的制造规模，同时全球三大代工厂（台积电、三星和英特尔）都已启用IBM开发的2纳米技术进行芯片量产。

IBM Research负责人杰伊·甘贝塔（Jay Gambetta）表示：“制造这些亚纳米芯片的合作伙伴将在’稍后’公布。随着两纳米已成为产业标准，我们预计这是下一次技术跃迁。我们希望看到它成为未来的平台。”