半導體紀錄再次刷新，IBM 聯手三星研發出首款 5 納米晶元

Intel 聯合創始人 Gordon Moore 1965 年提出著名的「摩爾定律」：當價格不變時，晶元上可容納的元件數目，約每隔 18-24 個月便會增加一倍，其性能也將提升一倍。但隨著晶體管製造工藝逐漸接近物理極限水平，摩爾定律已經不像以前那樣「准」了，不過，這並非意味著晶元製造工藝已經達到了極限。近日，IBM 研究團隊宣布他們已經成功研究出 5nm 的晶元製作工藝，並將生產測試晶元。

在宣布推出 7nm 測試晶元不到兩年的時間，IBM 又聯合 Samsung 和 GlobalFoundries 推出了使用硅納米晶體管實現的 5nm 晶元。幾十年來，半導體行業一直致力於將更多的晶體管放入晶元，以更低的成本實現更高的速度和功率。

目前，最先進的晶體管是 FinFET，全稱為 Fin Field Effect Transistor（鰭式場效應晶體管），是現代處理器中使用的一種「3D」晶體管。它因晶元表面的矽片形狀酷似魚鰭而得名，和早期平面晶體管一樣，FinFET 建立在絕緣硅襯板上，並且矽片的三面由被稱為「柵極」的結構包圍，防止切換電流的時候電子發生泄漏。這種晶體管已經可以製造出 7nm 的晶元，但是要製造更小的晶元就比較困難了。

半導體製造商們近年來一直在研究可以製造出 5nm 晶元的技術。IBM 提出的方法是，晶元中的每個晶體管都由三層堆疊的硅薄片組成，每個矽片只有幾納米厚，完全由柵極包圍，這樣既可以防止電子泄漏而且能節省電力。

GLOBALFOUNDRIES 的首席技術官 Gary Patton 說：「當我們在 2018 年將 7nm 晶元製造商業化的同時，我們也將積極地追求下一代 5nm 晶元技術，以保持技術處於領先地位，並使我們的客戶能夠擁有更小、更快、更節省成本的半導體產品。」

與市面上領先的 7nm 技術相比，基於絕緣矽片的 5nm 晶元技術可以在固定功率下使性能提升 40％，或者在相同性能下節約 75％的功耗。這將大大提高目前計算機的能效比。

使用這種新型技術的處理器預計最早將於 2019 年上市。現在世界上的很多東西，比如人工智慧，自動駕駛汽車，虛擬現實都需要很強大的計算能力，如果半導體工藝無法取得創新，那麼這些行業也將停滯不前。

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