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“与当今的 7 纳米芯片技术相比，我们构建的芯片性能可以提升 45% ，同时能节省 75% 的能耗，”Mukesh Khare 非常平静地说。
没有任何夸张。几乎就这样，一切照旧，没什么大不了的。如果他很兴奋，他不会表现出来。
IBM 的 Mukesh Khare
当然，当您考虑到这种新的芯片技术可能会使您未来智能手机的电池寿命增加四倍时——这意味着您可以每四天只才给手机充电一次——让您的笔记本电脑拥有更好的性能和电池电量，并减少数据中心的运营成本很快就会在全球范围内显着增加，很难不对如此大规模释放计算效率的无数可能性感到兴奋。
“我们相信，这项技术现在可以让半导体创新和半导体改进在未来十年继续下去，因此这是一个非常令人兴奋的机会，”Khare 总结道，并指出整个行业可以从这一进步中受益的 1 万亿美元市场机会。
几个月前，IBM 推出了世界上第一个半导体设计突破——甚至英特尔、苹果或三星都没有展示过这一点：他们制造了世界上第一个采用 2 纳米 (nm) 纳米片技术的芯片。IBM 混合云研究部副总裁 Mukesh Khare（在 IBM 研究部门工作了 10 年）帮助强调了为什么这种 2 纳米芯片技术是一个重大的飞跃。
“正如你所知，芯片的核心是一个晶体管，在这里我们引入了一种称为纳米片的新晶体管结构，”Mukesh Khare 解释说，下面的图片显示了一个由六个晶体管组成的纳米片，三个纳米片在彼此之上。
“这些纳米片中的每一个，”Mukesh 继续说道，“厚度为 5 纳米，大约与人类 DNA 的两条单独链一样厚，这就是我们在这种芯片技术中投入的精度。”
Mukesh Khare 表示，用他自己的话来说，晶体管的缩放极具挑战性。为了帮助尽快推出这项 2 纳米芯片突破性技术，他提到了一些关键特性，这些特性使 IBM 能够继续扩展，使他们不仅能够在硅片上构建一系列产品和服务，而且也适用于属于更广泛 IT 生态系统一部分的公司。
“我们引入了一种称为底部介电隔离 (BDI) 的技术，该技术基本上几乎消除了这些 2 纳米纳米片中晶体管级的功率泄漏，使我们能够制造更小的晶体管，”Khare 说，同时也在极紫外光刻技术上大放异彩。(EUV)——这是在硅片上印刷电路设计的过程——作为实现芯片设计的 2 纳米纳米片技术的关键差异化因素。
Mukesh Khare 表示，最终，这种突破性的 2 纳米芯片技术对于它将影响的广泛应用领域令人兴奋。“它将加速 5G 及以后的 AI 工作负载。它将把边缘计算的收益提升到不可预见的水平，包括在太空探索等领域。不仅是未来，它还对当前世界正在经历的冠状病毒大流行产生直接影响——这种新的 2 纳米芯片技术将有助于发现新材料、新药物，这需要非常高性能的计算来实现模拟分子结构。最后，这项技术对气候和可持续性也非常有价值，因为它可以显着降低功耗，”Khare 说。
由于我们都在应对 Covid-19 大流行对我们工作和生活方方面面的影响，我显然想了解 Mukesh Khare 和更大的 IBM 团队如何在如此具有挑战性的情况下完成这项 2 纳米芯片制造壮举使适应。Khare 强调了 IBM 在过去 20 年中如何在纽约奥尔巴尼建立最先进的半导体研发设施，在此期间投资超过 150 亿美元用于研发。尽管可能性很大，但这是实现了 2 纳米芯片突破的地方。
Mukesh Khare 解释说：“通常，该设施 24x7 全天候运行以进行研发，但您可以想象，在大流行期间，我们不得不采取极端预防措施，只有 10-15% 的员工在场。” “并且能够在这种条件下有效地运行本质上是用于研发的晶圆厂是不可想象的。因此，有许多无名英雄实际上一直在亮着灯，并确保我们能够取得这一突破。”
除了每台每台成本 1 亿美元的EUV 机器，IBM 还拥有其他机器，可以在纽约奥尔巴尼的研发设施内实现全谱、最先进的半导体设计和打印，根据Mukesh Khare的说法。
“一块硅片要经过数百个精确步骤，在成为功能芯片的过程中通常要经历好几次，在这个过程中，一切都发生在纯原子水平上——就像一次沉积几层原子一样。如此小规模的创新需要超越令人难以置信的挑战，IBM 和纽约州以及许多在研发机构 24x7 全天候工作的合作伙伴的投资使得实现这样的突破成为可能，例如 2- nm 芯片技术，”Mukesh Khare 强调说。
就这些新的 2 纳米芯片将首先向公众展示它们的位置而言——它是在云端还是边缘设备上——Mukesh Khare 暗示了后者。“IBM 的工作方式是我们开发一种核心技术，可以满足从边缘到云的整个细分市场的需求。”
请记住，2 纳米纳米片技术允许 IBM 增加每个芯片的晶体管数量，提高整体计算密度，因此它们可以做得更小、更快、更可靠和更高效。据Khare 称，达到 2 纳米芯片可以在一个指甲盖大小的芯片上安装多达 500 亿个晶体管。
IBM
“我们最近看到的是，移动或边缘设备更多地采用新技术，其中计算密度更重要，功耗降低更重要。因此，在边缘应用中采用 2 纳米芯片，面向更多消费者、移动优先的应用必然会更快地发生。然后它将开始冲击对性能和可靠性要求极高的云应用程序。这就是我对如何在 IT 应用范围内部署这项技术的评估，”Mukesh Khare 总结道。
关于竞争对手的问题，Mukesh Khare说：“我们为我们的生态系统感到非常自豪。IBM 与英特尔和三星合作，我们都是团队的一部分，我很自豪地说，随着 IBM 开发这项技术，它总是帮助我们所有的合作伙伴。我们显然很自豪我们是第一个能够与世界分享这一点并在功能芯片上展示这种 2 纳米技术的公司。在我们创造突破性技术的同时，我们的合作伙伴将其运用到他们自己的产品和制造中。”
当然，实现这样的技术突破需要付出大量的血汗和辛劳——更不用说时间、金钱和科学信仰——电子、物理和化学（仅举几例）多个学科需要聚集在一起才能真正实现创新。
“它告诉我们，能够在原子尺度上推动创新的科学家和工程师的需求是罕见的，而这种类型的劳动力对于取得进步至关重要，最终使我们的社会能够通过技术创新取得进步，”他说。
“在应用程序方面，当这项技术部署在数据中心或移动应用程序中时，它将为开发人员提供更多选择，而无需担心延迟或速度等问题，从根本上让开发人员更具创造力。最终，它将使空间、基础科学和工程或科学和技术空间以及软件和应用程序领域的技术工人成为可能，”Mukesh Khare 宣称。
关于全球流行的 Covid-19 大流行在许多方面造成和恶化的全球芯片短缺问题，Mukesh Khare 有几个有趣的观点可以分享。“世界上的 Covid-19 大流行实际上加速了对半导体芯片的需求，因为我们都在家工作，偏远地区。由于 Covid-19，世界加速数字化意味着对芯片的需求刚刚飙升。显然，我们看到了这种需求，您知道现在就全球芯片短缺而言，”Mukesh Khare 解释说。
“由于这种疯狂的需求，芯片公司——无论是设备公司、材料公司还是芯片制造商——都在进一步增加投资，以建立更多的能力和产能。在 IBM，我们正在夜以继日地工作，以确保这种 2 纳米技术尽早进入制造商和 OEM 手中，以便他们最早在 2024 年底前将其交到消费者手中，”Mukesh Khare说。
三年很长，我问Mukesh Khare。他点头同意：“可惜，等了这么久。从我们现在处于创新之旅和演示的位置开始，将原型放在一起，实际上能够将其提升到全量生产。这本质上是一个挑战，因为这些工厂无法建成，它们的产能无法在一夜之间增加，这需要几年时间。”
“但这些创新，如 IBM 展示的 2 纳米芯片技术，让整个行业，无论是消费者还是制造商，都更有信心，未来 10 年的半导体增长之路，反过来，帮助他们加快投资以实现更高产量的现代化和能力建设，”Mukesh Khare 估计。
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