IBM宣称推出全球首个亚纳米芯片技术
IBM推出的全新芯片架构可在指甲盖大小的芯片上集成近1000亿个晶体管晶体管密度约为该公司上一代芯片技术的两倍。由此带来的芯片计算性能与能效提升源于IBM所称的全球首个面向AI数据中心的亚1纳米芯片技术。IBM研究院院长、IBM院士Jay Gambetta在媒体预发布简报中表示这不仅仅是一次渐进式进步而是一次实质性的跨越。他将这项新芯片技术描述为预示着一个未来——计算能力将大幅提升而能耗却不会随之等比增加。有必要深入理解全球首个亚1纳米芯片技术的确切含义——由于各种物理限制制造晶体管及其他特征尺寸小于1纳米的可靠功能性芯片在实践中并不可行。因此IBM实际上是在宣称其新型纳米堆叠架构能够实现理论上构建物理特征尺寸小于1纳米芯片所预期的计算性能提升。具体而言IBM将其新芯片技术定义为采用0.7纳米节点制造并将其命名为7埃节点——因为1纳米等于10埃。但需要注意的是此类节点编号与IBM芯片的实际物理尺寸并无直接关联。20世纪70至80年代的早期芯片其物理特征尺寸与芯片技术节点名称中的数字相符例如采用180纳米节点制造的芯片。但数十年来这一对应关系早已不复存在对于当前采用3纳米或2纳米制程的最新一代芯片而言更是如此。为突破现代芯片设计面临的物理缩放极限IBM的纳米堆叠架构采用交错排列的垂直堆叠方式在同等芯片面积内集成更多晶体管。这一架构建立在该公司此前研发的纳米片晶体管基础之上而正是纳米片晶体管为2021年推出的2纳米芯片节点奠定了基础。IBM纳米堆叠架构的基本单元由两个堆叠并键合在一起的晶体管构成。每个晶体管由三片纳米片组成每片厚度为5纳米相当于约15排硅原子纳米片之间的间距约为9纳米。面向AI时代的性能提升根据IBM发布的技术报告预测纳米堆叠架构相比该公司上一代2纳米节点芯片可实现50%的计算性能提升或70%的能效提升。IBM在2025年于日本京都举办的IEEE超大规模集成电路技术与电路研讨会上正式发布了这一纳米堆叠晶体管架构。IBM研究人员还在VLSI 2026研讨会上展示了纳米堆叠架构如何在静态随机存取存储器SRAM缩放方面实现40%的改进。SRAM支持快速但高能耗的读写操作在众多AI应用中至关重要。这一存储性能的提升得益于芯片SRAM位单元由六个晶体管构成的存储单元所采用的交错通道设计该设计将整体单元高度降低了40%从而在同等芯片面积内集成更多SRAM。对于希望支持AI工作负载的芯片设计师而言这无疑是个好消息——近几代芯片技术中SRAM的缩放进展已大幅放缓。例如Gambetta解释道从3纳米芯片到2纳米芯片SRAM缩放仅提升了几个百分点。Gambetta表示40%这一成果最终将在AI工作流中实现产业化落地而AI工作流对更高带宽与高效率有着迫切需求。亚纳米节点的发展路线图作为一家专注于芯片技术研究的企业IBM并不直接生产可用于AI数据中心或消费设备的商业芯片。IBM此前已与日本的Rapidus等半导体公司建立合作由其量产基于纳米片架构的2纳米节点芯片此外IBM还与韩国三星达成合作共同推动相关技术的商业化。其他公司也在IBM的开创性工作基础上独立跟进并未直接展开合作。例如台湾台积电独立研发了纳米片晶体管并将其应用于自有的2纳米节点技术。IBM半导体全球研发副总裁、IBM研究院副总裁Bu Huiming在媒体简报中表示纳米片已成为下一代晶体管缩放的基础。如今纳米片技术已被所有领先晶圆代工厂广泛采用应用于大多数3纳米芯片和全部2纳米芯片的制造。对于可能合作商业化最新亚纳米节点技术的具体公司IBM方面未予透露。但Bu Huiming预计采用亚纳米节点并融入最新纳米堆叠架构的商业芯片最早可在未来五年内开始量产大概率在十年内实现商业化。纳米堆叠将取代纳米片成为领先晶圆代工厂的主流技术无论是CPU还是GPU概莫能外。Bu Huiming说在未来十年内这将成为又一项由我们发明并助力行业变革的主流技术。QAQ1IBM的纳米堆叠架构和传统纳米片架构有什么区别A纳米片架构是IBM于2021年推出的2纳米芯片所使用的技术而纳米堆叠架构则是在其基础上的进一步演进。纳米堆叠将两个晶体管垂直堆叠并键合在一起每个晶体管由三片5纳米厚的纳米片组成通过交错排列在同等芯片面积内集成更多晶体管从而突破物理缩放极限实现更高的性能与能效。Q2IBM的纳米堆叠芯片能带来多大的性能提升A根据IBM发布的技术报告预测纳米堆叠架构相比2纳米节点芯片可实现50%的计算性能提升或达到70%的能效提升。此外在AI应用中至关重要的SRAM方面纳米堆叠架构可实现40%的缩放改进从而在同等面积内集成更多高速存储有效支撑AI工作负载的高带宽需求。Q3IBM的亚纳米芯片技术何时能进入商业量产阶段AIBM本身不直接生产商业芯片而是通过与半导体公司合作推动技术产业化。IBM半导体全球研发副总裁Bu Huiming预计采用纳米堆叠架构的商业芯片最早可在未来五年内开始量产并在十年内成为CPU、GPU等领域的主流技术。目前IBM已与日本Rapidus及韩国三星建立了此类合作模式。
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