IBM推出次1奈米晶片，擁有1000億個電晶體，延續摩爾定律

IBM於週四揭曉了全球首款亞1奈米晶片技術，這款研究原型採用0.7奈米節點，在指甲大小的晶片上容納了近1000億個電晶體。

• 關鍵要點：
• • IBM在0.7奈米節點上的奈米堆疊晶片容納了近1000億個電晶體，密度幾乎是IBM 2021年晶片的兩倍。
• • 3D架構提供了高達70%的能源效率提升，針對人工智慧（AI）加速工作負載，並將SRAM縮放能力提升了40%。
• • IBM研究院預計在五年內進入量產，並預測奈米堆疊設計至少支援十年的持續半導體縮放。

全新的架構，而非只是更小的晶片

這項公告聚焦於IBM所謂的「奈米堆疊」，這是一種全新的三維電晶體架構，在紐約州奧爾巴尼的半導體研究設施中開發。該設計將電晶體垂直堆疊並交錯排列在兩個鍵合層中，使用超薄介電材料將它們分隔開來。

這種方法與IBM率先開發且業界廣泛採用的奈米片技術有根本上的不同。奈米片在二維上壓縮特徵尺寸，而奈米堆疊則在第三維增加密度。

「我們不只是製造更小的電晶體，我們正在重新發明晶片的建構方式，以提供顯著更高的效能和能源效率，」IBM研究院副總裁暨IBM院士Jay Gambetta表示。

數據說明什麼

IBM在VLSI 2026大會上發表的技術成果報告顯示，與2021年的2奈米晶片相比：

• 電晶體密度提升近2倍
• 效能提升高達50%
• 能源效率提升高達70%
• SRAM縮放能力提升40%

SRAM的增益對AI工作負載尤其重要。晶片內存頻寬是AI加速器的限制因素，更好的SRAM縮放讓晶片設計者能在不增加面積或功耗的情況下，在處理器附近容納更多記憶體。

為何0.7奈米標籤需要背景脈絡

現代的製程節點編號不再對應於實際的物理尺寸。IBM奈米堆疊設計中的電晶體通道層厚度約為5奈米，相當於約15個矽原子。0.7奈米的命名反映了密度與效能的世代，而非晶片上每個特徵的直接量測。

IBM直接承認了這點。該公司的立場是，奈米堆疊方法透過垂直發展而非將每個尺寸縮小至原子極限，從而實現了亞1奈米縮放所能預期的有效增益。

摩爾定律的未來道路

半導體產業正面臨日益增加的壓力，因為傳統的二維縮小已觸及物理限制，包括量子穿隧、散熱與製造成本。純粹依賴微影改良所帶來的效益提升已逐漸減緩。

IBM的方法透過3D序列整合來增加密度，解決了這個問題。該公司預測，奈米堆疊架構能從現在起支援至少十年的持續縮放。

Techinsights的Dan Hutcheson表示，這項發展為「路線圖增加了10到15年的時間」。

英特爾、三星與台積電等主要競爭對手正追求相關的三維電晶體策略，包括互補式場效電晶體（CFET）設計。IBM的公告代表了一個在亞1奈米門檻上經過驗證的可行路徑的實際展示。

奧爾巴尼研究生態系統

IBM與合作夥伴（包括Lam Research、Tokyo Electron與SCREEN Semiconductor Solutions）共同進行這項工作。奧爾巴尼設施還將裝設ASML的高數值孔徑極紫外光微影工具，這是邏輯縮放下一階段所需的系統。

IBM另外宣布計劃成立Anderon，一家獨立的量子晶圓廠，旨在以商業規模製造量子晶圓。

量產時間表

奈米堆疊晶片仍屬研究原型，不過IBM已確認其展示了功能性CMOS反相器操作，並具有預期的切換效能。IBM預計最快在五年內（約2031年）實現量產採用。

這項公告並不意味著產品即將推出。它顯示了業界下一世代硬體已具備可行的結構基礎。