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、三星公司以及設備供應商首開行業(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 研討會上詳細介紹這一研究成果。

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

性能的提升將會加快認知計算、物聯(lián)網(wǎng) (IoT) 和在云端交付的其他數(shù)據(jù)密集型應用的發(fā)展速度。節(jié)省能耗意味著智能手機或其他移動產(chǎn)品中的電池一次充電的續(xù)航時間將比現(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理工學院納米科學與工程學院的 NanoTech Complex，IBM領導開展了“研究聯(lián)盟”項目。傳統(tǒng)的硅半導體行業(yè)采用垂直堆疊架構，參與項目的科學家們沒有采用標準的FinFET 【FinFET稱為鰭式場效應晶體管(Fin Field-Effect Transistor)】架構，而是將納米層進行水平堆疊，從而實現(xiàn)了重大技術突破，這為半導體行業(yè)超越 7 納米節(jié)點技術描繪了藍圖。

“未來幾年，企業(yè)和社會要想滿足對認知計算和云計算的需求，半導體技術的進步至關重要”，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和材料，挑戰(zhàn)半導體行業(yè)的極限，將其應用在我們的大型機和認知系統(tǒng)等產(chǎn)品領域?！?/p>

研究聯(lián)盟在 VLSI 大會上發(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行了詳細說明，證明了5 納米芯片性能更加卓越，而且在不遠的將來就能實現(xiàn)。

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

IBM 科學家 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志著我們在紐約開展的開創(chuàng)性公私合作項目所帶來的最新世界級研究成果”，GLOBALFOUNDRIES 首席技術官兼全球研發(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 7 納米技術商業(yè)化進程，我們正在積極探索新一代 5 納米技術，以便維持自身的技術領導地位，并支持我們的客戶生產(chǎn)更小、更快、更經(jīng)濟的新一代半導體?！?/p>

IBM 研究院探究納米半導體技術已有 10 余年時間。這項研究成果首次向業(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。

制造 7 納米測試節(jié)點及其 200 萬個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。利用 EUV (Extreme Ultraviolet) 光刻方法（lithography approach），納米片的寬度可以不斷調整，所有調整操作都包含在單個制造工藝或芯片設計之中。這種調整靈活性可以支持對特定電路的性能和功耗進行微調——這是利用當今的 FinFET 晶體管架構無法實現(xiàn)的，因為這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現(xiàn)額外性能。

“今天宣布的成果會推進與 IBM 之間的公私合作，不斷加強紐約州立大學理工學院、奧爾巴尼市以及紐約州在開發(fā)新一代技術方面的領導力和創(chuàng)新力”，紐約州立大學理工學院代理校長 Bahgat Sammakia 博士說道?！拔覀冋J為，實現(xiàn)首個 5 納米晶體管是整個半導體行業(yè)的重大里程碑，我們將繼續(xù)挑戰(zhàn)自身的能力極限。紐約州立大學理工學院、IBM 與 Empire State Development 之間的合作，是產(chǎn)業(yè)、政府與學術界成功合作的完美典范，將會對社會產(chǎn)生積極而廣泛的影響?！?/p>

IBM 于 2014 年宣布將會在未來五年內投資 30 億美元用于芯片研發(fā)，5 納米節(jié)點架構就是所取得重大突破之一，并且繼承了IBM 硅片和半導體創(chuàng)新的悠久傳統(tǒng)。這些創(chuàng)新包括：發(fā)明及首次應用單管單元 DRAM（single cell DRAW）、登納德標度律 (Dennard Scaling Laws)、化學增幅型抗蝕劑（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（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，原標題：《5納米！IBM與合作伙伴研制出新型晶體管制造工藝》）