IBM三年前稱5年投資30億美元用于芯片研發(fā)，今迎世界級研究成果！

近日，IBM 與其研究聯(lián)盟合作伙伴 GLOBALFOUNDRIES、三星公司以及設(shè)備供應(yīng)商首開行業(yè)先河，成功研制出了硅納米層晶體管制造工藝，這種晶體管將有助于實(shí)現(xiàn) 5 納米 (nm) 芯片。IBM 將在日本京都舉行的 2017 VLSI Technology and Circuits 研討會(huì)上詳細(xì)介紹這一研究成果。

科學(xué)家們先是開發(fā)出容納 200 億個(gè)晶體管的 7 納米測試芯片，又在之后不到兩年的時(shí)間里，成功地在一個(gè)指甲大小的芯片上放置了 300 億個(gè)晶體管。

性能的提升將會(huì)加快認(rèn)知計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng) (IoT) 和在云端交付的其他數(shù)據(jù)密集型應(yīng)用的發(fā)展速度。節(jié)省能耗意味著智能手機(jī)或其他移動(dòng)產(chǎn)品中的電池一次充電的續(xù)航時(shí)間將比現(xiàn)在延長兩到三倍。

在位于紐約州奧爾巴尼市的紐約州立大學(xué)理工學(xué)院納米科學(xué)與工程學(xué)院的 NanoTech Complex，IBM領(lǐng)導(dǎo)開展了“研究聯(lián)盟”項(xiàng)目。傳統(tǒng)的硅半導(dǎo)體行業(yè)采用垂直堆疊架構(gòu)，參與項(xiàng)目的科學(xué)家們沒有采用標(biāo)準(zhǔn)的FinFET 【FinFET稱為鰭式場效應(yīng)晶體管(Fin Field-Effect Transistor)】架構(gòu)，而是將納米層進(jìn)行水平堆疊，從而實(shí)現(xiàn)了重大技術(shù)突破，這為半導(dǎo)體行業(yè)超越 7 納米節(jié)點(diǎn)技術(shù)描繪了藍(lán)圖。

“未來幾年，企業(yè)和社會(huì)要想滿足對認(rèn)知計(jì)算和云計(jì)算的需求，半導(dǎo)體技術(shù)的進(jìn)步至關(guān)重要”，混合云部門高級副總裁兼 IBM 研究院院長 Arvind Krishna 說道?！盀榇?，IBM積極探索不同的新架構(gòu)和材料，挑戰(zhàn)半導(dǎo)體行業(yè)的極限，將其應(yīng)用在我們的大型機(jī)和認(rèn)知系統(tǒng)等產(chǎn)品領(lǐng)域?！?/p>

研究聯(lián)盟在 VLSI 大會(huì)上發(fā)布的文章（Stacked Nanosheet Gate-All-Around Transistor to Enable Scaling Beyond FinFET）中對硅納米層晶體管進(jìn)行了詳細(xì)說明，證明了5 納米芯片性能更加卓越，而且在不遠(yuǎn)的將來就能實(shí)現(xiàn)。

與市場上現(xiàn)有的 10 納米前沿技術(shù)相比較，基于納米片的 5 納米技術(shù)可以在同樣功率上把處理性能提高40%，或者達(dá)到同樣處理性能而減少75% 的功率。這些改進(jìn)有助于大力推動(dòng)滿足未來對人工智能 (AI) 系統(tǒng)、虛擬現(xiàn)實(shí)和移動(dòng)設(shè)備的需求。

IBM 科學(xué)家 Nicolas Loubet 握著使用業(yè)界一流制程工藝生產(chǎn)的 5nm硅晶體管芯片

“日前宣布的這一消息標(biāo)志著我們在紐約開展的開創(chuàng)性公私合作項(xiàng)目所帶來的最新世界級研究成果”，GLOBALFOUNDRIES 首席技術(shù)官兼全球研發(fā)部門主管Gary Patton 表示?！半S著我們將于 2018 年在 Fab 8 制造工廠推進(jìn) 7 納米技術(shù)商業(yè)化進(jìn)程，我們正在積極探索新一代 5 納米技術(shù)，以便維持自身的技術(shù)領(lǐng)導(dǎo)地位，并支持我們的客戶生產(chǎn)更小、更快、更經(jīng)濟(jì)的新一代半導(dǎo)體?！?/p>

IBM 研究院探究納米半導(dǎo)體技術(shù)已有 10 余年時(shí)間。這項(xiàng)研究成果首次向業(yè)界表示，納米片堆疊式裝置在電氣性能方面優(yōu)于 FinFET 架構(gòu)。

制造 7 納米測試節(jié)點(diǎn)及其 200 萬個(gè)晶體管所使用的極紫外光 (EUV) 光刻方法，也被用來制造納米片晶體管架構(gòu)。利用 EUV (Extreme Ultraviolet) 光刻方法（lithography approach），納米片的寬度可以不斷調(diào)整，所有調(diào)整操作都包含在單個(gè)制造工藝或芯片設(shè)計(jì)之中。這種調(diào)整靈活性可以支持對特定電路的性能和功耗進(jìn)行微調(diào)——這是利用當(dāng)今的 FinFET 晶體管架構(gòu)無法實(shí)現(xiàn)的，因?yàn)檫@種晶體管目前承載的鰭片高度（fin height）是有限的。因此，雖然FinFET 芯片可以縮放至 5 納米，但是這僅僅是縮短了鰭片間距，無法提供更多的電流來實(shí)現(xiàn)額外性能。

“今天宣布的成果會(huì)推進(jìn)與 IBM 之間的公私合作，不斷加強(qiáng)紐約州立大學(xué)理工學(xué)院、奧爾巴尼市以及紐約州在開發(fā)新一代技術(shù)方面的領(lǐng)導(dǎo)力和創(chuàng)新力”，紐約州立大學(xué)理工學(xué)院代理校長 Bahgat Sammakia 博士說道。“我們認(rèn)為，實(shí)現(xiàn)首個(gè) 5 納米晶體管是整個(gè)半導(dǎo)體行業(yè)的重大里程碑，我們將繼續(xù)挑戰(zhàn)自身的能力極限。紐約州立大學(xué)理工學(xué)院、IBM 與 Empire State Development 之間的合作，是產(chǎn)業(yè)、政府與學(xué)術(shù)界成功合作的完美典范，將會(huì)對社會(huì)產(chǎn)生積極而廣泛的影響?！?/p>

IBM 于 2014 年宣布將會(huì)在未來五年內(nèi)投資 30 億美元用于芯片研發(fā)，5 納米節(jié)點(diǎn)架構(gòu)就是所取得重大突破之一，并且繼承了IBM 硅片和半導(dǎo)體創(chuàng)新的悠久傳統(tǒng)。這些創(chuàng)新包括：發(fā)明及首次應(yīng)用單管單元 DRAM（single cell DRAW）、登納德標(biāo)度律 (Dennard Scaling Laws)、化學(xué)增幅型抗蝕劑（chemically amplified photoresists）、銅互聯(lián)布線、絕緣硅、張力工程（strained engineering）、多核微處理器、浸沒式光刻（immersion lithography）、高速硅鍺 (high speed SiGe)、高 k 柵極電介質(zhì)（High-k gate dielectrics）、嵌入式 DRAM（embedded DRAM）、3D 芯片堆棧（3D chip stacking）和氣隙絕緣體（Air gap insulators）等。

（來源：IBM，原標(biāo)題：《5納米！IBM與合作伙伴研制出新型晶體管制造工藝》）