2017 年，IBM 联合三星和 GlobalFoundries 推出了首个 5nm 工艺芯片。不到四年，IBM 又率先公布 2nm 芯片制造技术不仅具有较高的晶体管密度，而且采用了新的 GAA 工艺设计。与当前 7nm 和 5nm 相比，2nm 性能和功耗显著提高，将为半导体行业注入新的活力。
晶体管作为计算机芯片最基本的结构块，体积越来越小，相应的芯片速度越来越快，越来越节能。目前，7nm 和 5nm 工艺是手机和笔记本电脑中使用芯片的主流选择。2021 年 3 月，三星宣布了世界上第一个 3nm「SRAM 芯片」，并预计于 2022 年起量产。
各大芯片厂商「你追我赶」在激励竞争中，IBM 世界第一 2nm 芯片制造技术。
5 月 6 日晚间，IBM 它在半导体设计和工艺上取得了重大突破：世界上第一个采用 2nm 工艺芯片有助于将半导体行业提升到一个新的水平。与当前主流 7nm 芯片相比，IBM 2nm 预计芯片性能会提高 能耗降低45% 75%。现在领先 5nm 芯片相比，2nm 芯片体积小，速度快。
IBM 2nm 工艺芯片。
具体来说，2nm 芯片的潜在优势包括：
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手机续航时间翻了两倍，用户可以充电四天；
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大大降低数据中心的能耗；
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显著提高笔记本电脑的性能，如更快地运行应用程序、完成语言翻译和互联网访问；
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帮助自动驾驶汽车实现更快的目标检测和响应时间。
从更具体的细节来看，IBM 2nm 芯片每平方毫米容纳 3.33 相比之下，台积电有1亿个晶体管 5nm 芯片每平方毫米容纳 1.713 三星十亿晶体管 5nm 芯片每平方毫米容纳 1.27 十亿晶体管。
近镜头下 2nm 晶圆。
作为主要的芯片制造商，IBM 它现在已经将芯片生产外包给三星，但它仍然保留在纽约奥尔巴尼的芯片制造和研发中心。该中心主要负责芯片的测试和运行，并与三星和英特尔签署了联合技术开发协议 IBM 芯片制造技术。本次公布的 2nm 芯片是在这里设计制造的。
IBM 位于纽约奥尔巴尼市的芯片制造研发中心。
与 7 纳米处理器相比，IBM 推出的 2nm 芯片在相同功率下的性能提高 能效高于45% 75%。IBM 指出他们是第一个 2015 年、2017 年推出 7nm、5nm 后者来自研究机构 FinFET 升级为纳米片技术，可更好地定制单晶管的电压特性。
IBM 说明技术可以 500 1亿晶体管安装在指甲大小的芯片上，使处理器设计师有更多的选择，如注入核心创新来改进 AI 前沿工作负荷的功能，如云计算，以及探索强制硬件安全和加密的新途径。
如果您经常从其他报告中了解到，不同的芯片OEM（台积电、三星等）对晶体管密度有不同的定义。值得注意的是，这些关于密度的数字通常被列为峰值密度。
Stacked GAA(切入环绕式栅极技术，gate-all-around）
关于如何在新工艺中制造晶体管的关键技术 Gate-All-Around / nanosheet(环绕式栅极技术晶体管) IBM 还没有明确说明，但是图片显示了这个新的 2nm 处理器使用了 three-stack GAA 设计。
三星计划在当前的新工艺竞争中进行 3nm 节点上推出 GAA(三星称自己的技术为 MBCFET）。其计划在 2020 年底即开始 MBCFET 2021产，2021 同时，年规模量产 2021 第一代年推出 MBCFET 优化版。台积电仍然希望在那里 3nm 上继续使用 FinFET ，等到 2nm 芯片将推出 GAA。按规划，台积电 2nm 工艺会在 2023 2024年开始风险试生产 年量产。
相比之下，可以预测英特尔将在其中 5nm 在工艺上引入某种形式的工艺。 GAA。预计到 2023 这家公司将在年 5nm 节点上放弃 FinFET，转向 GAA 栅极晶体管周围。
就像目前大规模应用一样， FinFET 该工艺拯救了芯片行业 5nm 以下时代，GAAFET 或将成为半导体产业持续发展的关键。GAAFET 制造工艺难度明显很高。
IBM 的 3-stack GAA 设计采用了 75nm 单元高度，40nm 单纳米片的单元宽度和高度为 5nm，彼此之间的间隔 5nm。栅极间距为 44nm，栅极长度为 12nm。IBM 表示，3-stack GAA 是底部介电隔离通道的第一个设计，这使得 12nm 栅长成为可能，其内部间隔器采用第二代干式工艺设计，有利于纳米片的开发。
在实施过程中，IBM 它也被广泛使用 EUV 该技术包括芯片工艺的前端 EUV 图案化，不仅在中间和后端，而且已广泛应用于后端 7nm 工艺。重要的是，IBM 芯片上的所有关键功能都将使用 EUV 蚀刻光刻技术，IBM 也弄清楚了如何使用单次曝光 EUV 减少用于蚀刻芯片的光学掩模数量。
目前还没有提供关于 2nm 在这个阶段，测试芯片的细节可能是简化的 SRAM 逻辑不多的测试工具。IBM 用于测试设计 multi-Vt 高性能高效的应用演示方案。
虽然 2nm 工艺芯片在性能和能耗上都比现在好 7nm 和 5nm 更强，但很大程度上只是概念验证，离上市还有很长时间。 2015 年 7 月，同样是 IBM 率先宣布制作 7nm 直到芯片 2019 年下半年，人们可以买到它 7nm 芯片手机。
据悉，2nm 进入市场大约需要几年的时间。
参考链接：
https://www.anandtech.com/show/16656/ibm-creates-first-2nm-chip
https://www.reuters.com/technology/ibm-unveils-2-nanometer-chip-technology-faster-computing-2021-05-06/
https://www.theverge.com/2021/5/6/22422815/ibm-2nm-chip-processors-semiconductors-power-performance-technology
https://newsroom.ibm.com/2021-05-06-IBM-Unveils-Worlds-First-2-Nanometer-Chip-Technology,-Opening-a-New-Frontier-for-Semiconductors#assets_all