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本文來自微信公眾號“AI前線”（ID：ai-front），作者：一鵬。
IBM（IBM.US）站到世界的最前沿，芯片產業迎來又一個里程碑，摩爾定律再次被拯救，這就是 2021 年 5 月 6 日，全球芯片產業界所發生的事。
當日，IBM 于官網宣布推出全球首創的 2 納米芯片技術，“為半導體領域開辟了新的領域”。當下，業內只有臺積電（TSM.US）、三星實現了 3nm 制程芯片的研發，且尚未實現量產，2nm 芯片確為業界首創。根據媒體披露的情況來看，IBM 2nm 芯片的晶體管密度可以達到每平方毫米 3.33 億個 （MTr/mm2）。同時，從 IBM 官網披露的圖片來看，該 2nm 芯片采用了 GAA（Gate-All-Around，環繞柵極晶體管）工藝，也為該項工藝后續的普及打下了堅實的基礎。
由媒體整理的晶體管密度對比參考
從 3nm 到 2nm，GAA 才是這一事件的核心
2nm 芯片研制成功，意味著各項指標都會出現大幅提升。IBM 對外表示：“與當今最先進的 7 nm 節點芯片相比，預計它將實現 45%的性能提高或 75%的能耗降低。”公告同時貼出了更加具體的潛在性能優勢對比：
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更快地處理應用程序，更快地訪問互聯網，極大增強筆記本電腦的功能。
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首先，研制成功不等于量產成功。前 ARM 公司基礎設施事業線高級產品經理、某大廠前高級產品經理邵巍博士表示：“在 IBM（發布）的新聞中，沒有提到良率問題，因此整個業界什么時候能夠真正用上 2nm 的制程，還需要等待量產的消息。”
此外，“新聞中也漏掉了常見的客戶背書環節，因此推測一下，暫時還無客戶。在無客戶的情況下， 很難推測從研制到量產需要多久”，邵巍博士補充道。
況且，2nm 芯片因工藝特殊，對光刻機的要求也更為苛刻。有消息稱，荷蘭 ASML 公司的全新一代光刻機預計到 2025 年量產，其 NA 值提升到 0.5 ，很可能足以支撐 2nm 支撐芯片的量產。如果消息屬實，意味著，到 2025 年產業界才具備 2nm 芯片的基礎量產條件。
相比之下，該芯片對 GAA 工藝的應用實踐，反而更具意義。什么是 GAA 呢？Nerissa Draeger 博士在此前的一篇采訪中形容的較為簡潔易懂：“環繞柵極晶體管 （GAA） 是一種經過改良的晶體管結構，其中通道的所有面都與柵極接觸，這樣就可以實現連續縮放。”
與 GAA 相對應的是 FinFET（鰭式場效應晶體管），FinFET 是芯片從 22nm 逐步進軍 7nm、5nm 的關鍵工藝，其發明人胡正明教授因此被稱作“挽救了摩爾定律的男人”。可在進入 7nm 以下后，FinFET 逼近極限，產業界迫切需要新的工藝技術。這時，GAA 出現了。
三星對 GAA 極為推崇，但“老大哥”臺積電則求穩不求快。去年 8 月，臺積電對外表示，公司的 3nm 將繼續沿用之前的 FinFET，這也為 GAA 的落地、普及蒙上了一層陰影。此次 IBM 2nm GAA 芯片的問世，等于徹底打通了從 3nm 到 2nm 的路徑。此前，人們還在猶豫：GAA 能否替代 FinFET？如今，這樣的疑問隨著 2nm 芯片的問世煙消云散。
“這是一個大進步，對于整個半導體業界來說，算是對 GAA 技術的雙保險，至少工藝制程演進到 3nm/2nm 不存在太多障礙了，可喜可賀。”邵巍博士在采訪中高興地說道。
臺積電、三星、英特爾（INTC.US）的三強之爭
IBM 本身并不具備量產芯片的條件和能力， 其 2nm 芯片會通過授權的形式，交給高端芯片代工廠商來完成。這本來不是什么了不得的事，僅僅是產業鏈分工細化的表現。但對于臺積電而言，事情就沒那么簡單了。
臺積電（TSMC）創始人張忠謀在“2021 大師智庫論壇”曾表示，臺積電最大的競爭對手仍然是三星。而雙方也確實在 3nm 芯片這一陣地劍拔弩張。據媒體報道，三星曾對外宣布未來 10 年投資超 1000 億美元，目標到 2025 年在芯片制造領域內保持領先。
不過現實往往不遂人愿，雖然三星自稱在 2002 年就對 GAA 保持關注并投入研究，但其 3nm GAA 芯片的量產至今仍無確切時間。反觀臺積電，3nm FinFET 芯片預計 2022 就可以實現量產，2nm GAA 芯片也在研制中。看樣子，臺積電還將穩坐全球芯片代工第一的寶座。
但此時與三星保持良好合作關系的 IBM ，突然宣布 2nm GAA 芯片研制成功，將局勢逆轉，對臺積電的既定規劃造成了沖擊。
除了三星，英特爾也很可能參與到代工生產中來，況且英特爾入局代工生意本就屬于“突襲”，此前英特爾新任 CEO 帕特?基辛格更是宣稱 2 年內超越臺積電。
競爭更加激烈，局勢更加復雜，這就是臺積電面對的未來市場。
好在臺積電的真正命脈在于蘋果、高通的大筆訂單。只要做好小步快跑，短期內并不會因為 IBM 2nm 芯片的出現收到較大沖擊。“大家（代工廠商與客戶）一般都會提前對齊 3-5 年的目標，蘋果不會介意 2nm/3nm 這種名字，對齊的都是跟細節的參數”，邵巍博士對 InfoQ 記者說道，“蘋果（AAPL.US）那個產能需求量， 誰接了單，都得加工廠、加生產線， 至少提前 2 年。”
對于臺積電而言，真正的戰役可能不在當下，而是在未來的 3 - 5 年內，與“挑戰者”三星來一場針尖對麥芒的比拼。
責任編輯：王婷
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