IBM推出全新5nm芯片工艺

本文由半导体产业纵横（ID：ICVIEWS）综合

IBM声称，基于这种新设计的芯片将比目前由 AMD、ARM 和Intel等公司生产的10nm芯片性能提高 40%。

IBM 与为高通和 AMD 等公司制造芯片的三星和 Global Foundries 合作，推出了一种用于制造 5nm 芯片的新工艺 EUV 光刻（极紫外）工艺，这将使公司能够在单个计算机芯片上安装超过 300 亿个晶体管。

就在两年前，IBM 宣布公布了制造 7nm 芯片的工艺，三星可能会从明年开始发货。

新型5nm 芯片使用“全环绕栅极”晶体管 （GAAFET），其中栅极材料包裹在三个水平硅纳米片上，而不是今天更常见的 FinFET 设计，后者使用垂直鳍片。

IBM 还声称，它看到了一种将 FinFET 设计扩展到 5nm 的方法，但由于在该规模经微小鳍片的电流受到限制，因此该设计存在性能上限。在某种程度上，全环绕栅极架构比 FinFET 更简单，并且有人认为它可以扩展到 3nm。

IBM 声称，基于这种新设计的芯片将比目前由 AMD、ARM 和 Intel 等公司生产的10nm 芯片性能提高 40%，而无需消耗任何额外的功率。或者换句话说，如果公司将其性能水平保持在相同水平，新芯片可以将功耗降低 75%。

IBM 的新工艺还允许在单芯片设计中连续调整纳米片宽度，这意味着可以在一次制造过程中对电路的功率和性能进行微调。

在先进制程领域，台积电、三星、Intel等头部芯片制造企业持续加大研发投入。

近日，台积电在美国举办的北美技术论坛2025上，正式公布了全新的14A 1.4nm级工艺，预计2028年上半年量产，从命名到技术直接对标Intel 14A，后者同样号称1.4nm级工艺。

三星电子也透露了其最新研发动态。根据韩国媒体Sedaily的报道，三星在2nm GAA制程（SF2）方面进展顺利，但更引人注目的是该公司已启动1nm制程研发团队，并计划在2029年实现量产。

再看Intel，今年下半年，Intel计划在亚利桑那州的新晶圆厂启动Intel18A工艺的大规模生产，而首批产品就是PantherLake客户端处理器。这款处理器主要面向移动平台，并且已经准备好了工程样品。预计它将以酷睿Ultra300系列的身份与消费者见面，搭载CougarCove性能核、Xe3GPU架构以及新一代NPU单元。

除此之外，如今摩尔定律正逐渐走向失效。随着芯片制程不断缩小，逼近物理极限，像量子隧穿效应、散热难题等问题接踵而至，让通过缩小晶体管尺寸来提升芯片性能与集成度变得困难重重。除了先进制程芯片制造技术的不断突破，

一系列新技术正陆续涌现，为芯片领域带来新希望。光子芯片便是其中之一，它基于硅基光子集成技术，以光信号进行数据处理，与传统电子芯片相比，具备低功耗、超高速的优势。光子芯片通常由多种光学元件集成在半导体芯片上，利用光波传输信息，有着低传输损耗、宽传输带宽、小时间延迟以及强抗电磁干扰能力等特性。在通信领域，光子芯片已得到广泛应用，例如在光纤通信中的波分复用系统里，可作为光学复用器和解复用器的阵列波导光栅。

IBM也在押注光学技术，去年12月IBM发布了其在光学技术方面的突破性研究成果，有望显著提高数据中心训练和运行生成式 AI 模型的效率。IBM研究人员开发的新一代光电共封装 (co-packaged optics，CPO) 工艺，通过光学技术实现数据中心内部的光速连接，为现有的短距离光缆提供了有力补充。通过设计和组装首个宣布成功的聚合物光波导 (PWG)，IBM 研究人员展示了光电共封装技术将如何重新定义计算行业在芯片、电路板和服务器之间的高带宽数据传输。

量子芯片同样备受关注，作为量子计算机的核心组件，它基于量子力学原理设计制造，利用量子比特独特的叠加和纠缠特性，能够实现远超传统计算机的运算速度，可同时处理海量信息。不过，量子芯片对运行环境要求极为严苛，需在接近绝对零度的低温，或特定的真空、电磁场环境下，才能维持量子比特的稳定状态，确保计算准确。

此外，碳纳米管芯片也展现出潜力，凭借碳纳米管优良的电学、力学和热学性能，有望在性能上超越传统硅基芯片，在功耗和散热方面也更具优势；神经形态芯片模拟人脑神经元和突触工作方式，在人工智能和机器学习领域，有着高效并行计算和模式识别的独特优势。尽管摩尔定律逐渐式微，这些新技术有望重塑未来信息技术格局，在诸多领域引发深刻变革。

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