IBM 7nm，大杀器还是镜花水月？

今天各大网站被IBM 7nm刷了屏，Intel瞬间躺qiang。IBM再一次震撼了我，还记得2008年时，IBM直接跳过了32nm制程，高调宣布首个基于22 nm制造工艺的SRAM，从而在制程工艺上首次领先Intel。“率先声明”似乎是IBM一贯的作风。仔细看过新闻稿，忍不住吐槽一句：然并卵？ 国内外不少媒体都对 IBM 所取得的成就给予了极高的评价，《纽约时报》相关报道最初的标题是：IBM Announces Computer Chips More Powerful than Any in Existence（IBM 发布的电脑芯片比现在所有的都要强大），Ars Technica 的标题也用了“beyond silicon”这样的字眼，国内的一些媒体更是直言“IBM 打了英特尔的脸”。也许是意识到自己的标题有点言过其实，《纽约时报》将标题改成了更加准确的：IBM Discloses Working Version of a Much Higher-Capacity Chip（IBM 发布了还处于实验室阶段的高性能芯片）。 事实上，英特尔对 7nm 的研究也早有报道。比吹牛，Intel也会。前任 CEO Paul Otellini 三年前就表示，英特尔已开始对 7nm 和 5nm 制程技术的研究。他说：“我们的研究和开发是相当深远的，我是说未来十年。”按照路线图，7nm、5nm现在都处于理论研究阶段，具体如何去做还远未定案，而且随着硅半导体技术复杂度的大幅提高，相信实现它们的代价也会高得多，即便是Intel这样的巨头也会感到很棘手，不过Paul Otellini向大家保证说，这两种新工艺“正在按时向目标迈进”。如果Intel能够在未来十年内继续坚持Tick-Tock发展策略，那么7nm、5nm应该会分别在2017年、2019年来到我们身边，即便有些许延迟2020年也应该不会有问题。

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IBM开始7nm了，这的确令人振奋。但是，小编还是忍不住唱一下反调：然并卵。什么时候真正投产了，再来庆功贺喜吧。 毕竟，IBM 的 7nm 芯片还只是一个实验室产品，并且采用的是昂贵的硅锗材料，极紫外线光刻技术也很有技术难度。实验室和商用是两码事，其中材料、工艺都是影响商用的致命因素。想当年，第一个发明IC的德州仪器年轻员工杰克·基尔比就是基于锗制出第一个集成电路的，这种材料并没有促使IC快速发展，直到罗伯特·诺伊思发明基于硅的集成电路，IC才正式开启快速商用之旅。 报道中，IBM 方面也没有给出 7nm 芯片量产和商用的准确时间表。由于7nm 芯片的制作成本过高，在民间推广还遥遥无期。

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下一页：摩尔定律复活？ 【分页导航】 《电子技术设计》网站版权所有，谢绝转载 {pagination} 摩尔定律复活？ 在14nm工艺之后，业界普遍认为半导体工艺已经逐渐停滞，与此同时大家也在质疑存活了50年的摩尔定律是不是已经过时了。 鉴于Intel在10nm的停滞，以及三星和台积电两家厂商也在10nm这一关遇到的挑战，虽不能说10nm是个死胡同，但显而易见这确实是个坎。 IBM通过全新的材料和技术在7nm取得的突破，似乎给了我们继续相信神奇的摩尔定律的信心。事实上，摩尔定律从来没有死，业界对它的拯救也从来没有停止。 在2008年秋天，蒙特利尔麦吉尔大学的研究者发布报告称，他们已经发现了一种新的物质状态，能在很大程度上延长摩尔定律的存续时间。这些研究者利用比星际空间低100倍的温度，找到了一种准3D电子晶体，这种晶体能使其利用量子物理学来制造越来越小的计算机芯片。

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来自于麦吉尔大学和美国桑迪亚国家实验室的科学团队发布报告称，他们已经制造了一种最小型的电子集成电路，从而为形体更小、功能更加强大的的移动设备铺平了道路。行业分析师迅速指出，这种发现将可延长摩尔定律的寿命。 IT分析师帕特里克·摩尔海德称：“过去20年时间里每一条有关摩尔定律将会死亡的传闻都有着非常好的数据支持，但科技行业已在某种程度上找到了一条继续走下去的道路。不过，在芯片设计和制造达到分子级别以后，想要继续走下去的成本确实变得更加高昂，而且也更加难以做到。” 下一页：IBM的拯救摩尔定律之路 【分页导航】 《电子技术设计》网站版权所有，谢绝转载 {pagination} IBM的拯救摩尔定律之路 2007年4月的时候，IBM实现了一种突破性的芯片堆叠技术，此举为制造三维芯片扫清了障碍，摩尔定律也将因此而突破原来预期的极限。这种被称为“穿透硅通道（through-siliconvias）”的技术可以大大缩小不同芯片组件之间的距离，从而设计出速度更快、体积更小和能耗更低的系统。

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IBM的这项突破实现了从二维芯片设计到三维芯片堆叠的转变，将传统上并排安装在硅圆片上的芯片和内存设备以堆叠的方式相互叠加在一起，最终实现了一种紧凑的组件层状结构，大大减小了芯片的体积，并提高了数据在芯片上各个功能区之间的传输速度。 IBM半导体研发中心副总裁LisaSu表示：“这一突破性的进展是IBM开展十多年探索研究的成果。我们可以将三维芯片从实验室走向制造生产环节，来支持各种各样的应用。”

三维芯片堆叠的转变
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IBM这种新方法是依靠新的穿透硅通道技术而非长金属电线来连接目前的二维芯片，这实际上是在硅圆片上蚀刻出来的垂直连接通道，并在其中注满金属。这些通道可以使多个芯片堆叠在一起，同时支持芯片之间更大信息量的传输。 这项工艺将信息在芯片上传输的距离缩短了1000倍，与二维芯片相比可以增加最多100倍的信息通道或路径。 2007年下半年，IBM已经在自己的生产线上运行了使用这种穿透硅通道技术的芯片，并开始为客户提供使用这种方法制造的芯片样本，同时在2008年投入生产。这种穿透硅通道技术最早将被用于无线通信芯片领域，这些芯片将被安装在无线LAN和蜂窝应用所使用的功率放大器之中。另外，三维技术也将应用于更广泛的芯片应用领域，包括目前那些运行在IBM高性能服务器和超级计算机中的芯片，这些服务器和超级计算机支持着全球的商业活动、政府和科学研究工作。 在摩尔定律方面，业界还有一个共识是：随着集成电路晶体管尺寸越来越小，CPU内存等芯片的发展势必与摩尔定律有些出入。要想继续按照摩尔定律发展，寻求新材料就成为一种必然，2011年12月，IBM就展示了碳纳米晶体管，声称其小于10nm，而在2012年第一个月底，具体尺寸也公布了，IBM声明其碳纳米晶体管的制程工艺为9nm。相比英特尔2015年才能达到10nm制程工艺的计划，摩尔定律的拯救还是要靠新技术新材料。

9nm碳纳米晶体管
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在寻找替代硅晶体管的新材料的道路上，IBM确实走在前列。2011年12月中旬，在IEEE的一个电子设备会议上，IBM的科学家向世界展示了全球第一个小于10nm的晶体管，与目前一般的硅晶体管不同的是，其采用的是碳纳米材料。其9nm制程的碳纳米晶体管也是目前最小的晶体管。

碳纳米晶体管
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IBM的研究人员指出，虽然碳纳米晶体管在发展初期还有许多地方需要研究，但是在尺寸上有着巨大优势。IBM相信10年内碳纳米晶体管技术将会得到普遍应用。

硅晶元
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随着集成电路上得晶体管密度越来越大，其在密度上得增加就越来越困难。摩尔定律必将将晶体管的大小带到了一个物理上的极限。 拯救摩尔定律，提升集成电路晶体管密度，除了之前比较热门的3D结构外，新材料的寻找是根本的解决之道，就像世界能源从当初的煤、再到后来的石油、以及现在的天然气，有人分析称每一个能源在达到极限时，必然会有另外一种替代品。同样，随着人类的探索与科技的不断进步，新材料必取代如今的集成电路中的硅晶体材料。 下一页：“打脸说”让Intel如何自处？ 【分页导航】 《电子技术设计》网站版权所有，谢绝转载 {pagination} “打脸说”让Intel如何自处？ 今天的舆论纷纷一边倒地支持IBM，这情形有点像10年前的苹果之于Intel。所不同的是，Intel今天是被批判的对象。十年过去了，苹果坚持独立的硬件和OS体系。这样桀骜的作风反而在全球赢得了大批的忠实“果粉”。那么，今天的Intel面对舆论又该如何自处？ 今年半导体行业一直都不缺重磅新闻，其中最重大的两条就是关于Intel和IBM，一条是Intel收了FPGA厂商Altera，另一条是IBM将微电子业务出售给了GLOBALFOUNDRIES。一个是加，一个是减。 所以今天有人批判，Intel衰退的主要问题是它已经太过强大，强大到臃肿、目中无人、欺凌市场，而且更多的是资本运作，技术方面却让人一次次失望。还有人认为它固守陈旧，抱着X86不放，总想在不同时代不同领域恢复Wintel时代的辉煌。 其实从45nm开始，IBM在处理器的结构上和Intel出现了分化，主要在于栅极的区别。以IBM、三星为首的前栅极党采用了前栅极工艺，而以Intel、台积电为首的后栅极党用的是后栅极。所谓金属栅极，是在半导体制程中的HTAA（高温活化退火程序）之前或之后，沉积到晶圆片上。IBM所崇尚的前栅极到现在都没解决散热、电压漂移和栅堆栈重新生长等一系列严重问题，所以前栅极党到目前为止都未能量产相关产品，而Intel从45nm以来，已经生产了四代产品，所以说45nm为节点，Intel在处理器生产工艺方面还是相当领先的。 此外，Intel在X86架构上的地位也是毋庸置疑的。 但是，IBM的Power架构和其背后强大的小型机、中型机和大型机产品线也是无法撼动的。 只能说，尺有所短，寸有所长。市场定位不同、发展路线不同、技术侧重点不同，最后就会呈现出不一样的结果。技术竞争毕竟是场持久战，经得起市场检验的才是恒久不变的真理。 【分页导航】 《电子技术设计》网站版权所有，谢绝转载