IBM研發高效能、低耗能2奈米晶片, 未來手機只需「四天一充」!

2021-05-07 19:30

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IBM 2奈米晶片(BBC)

IBM 2奈米晶片(BBC)

IBM公司本周宣佈在其實驗室中成功製造出2奈米製程的晶片(晶片),實現晶片領域的最新突破。

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晶片被廣泛應用於手機、電腦等設備中,其製造技術的製程常以奈米為單位計算,數字越低意味著越先進,也意味著更小的體積、更高的性能,以及更低的功耗。

目前,廣泛商用的是7奈米以上製程晶片,最先進的則為台積電生產的5奈米晶片,僅在iPhone12等高端機型中應用。

IBM成功研製2奈米晶片,代表該領域最新的一座里程碑。IBM公司稱,對比廣泛使用的7奈米晶片,2奈米晶片的性能提高45%,能耗則大幅降低75%。

Silicon wafers are seen this extreme-close-up file photo, shimmering in a rainbow of colours
Getty Images

突破性進展

2奈米工藝的晶片,意味著將500億個晶體管塞進「指甲蓋大小的晶片」,上一次在製程上所突破是2017年的5奈米製式晶片,實現放入300億個晶體管。

「這可以說是一個突破,」 市場分析公司IDC的研究總監彼特.魯頓(Peter Rudden)表示。 「我們已經看到半導體製造商從14奈米到10奈米再到7奈米,7奈米對一些人來說已經是個真正的挑戰。」

魯頓稱,這一新工藝可用於人工智能設備,因為當前人工智能領域往往需要兩個處理器,比如再來一塊強大的顯卡。具體而言,大幅降低能耗效率在個人設備中很有用,而性能提高則有利於巨型數據中心。

如魯頓所言,對於一般消費者來說,新技術使晶片降低75%能耗,潛在優勢是可能將電池使用時間延長四倍,手機行業目前普遍的「一天一充」,有望實現「四天一充」,大幅提高用戶體驗。

這項技術可能在未來幾年逐步走出實驗室,再由蘋果、高通、三星等晶片設計公司設計出新一代晶片,然後在台積電、三星等晶片代工廠進行生產,最後在中國組裝到手機裏,成為用戶手裏最新的設備。

晶片背後的國際爭端

這一消息出來之時,全球正在經歷晶片短缺之苦,不斷有聲音質疑產業過度集中帶來的風險。

美國半導體產業協會(SIA)的最新報告顯示,最先進的晶片製造幾乎全部在亞洲,其中92%在台灣。如果台灣無法生產晶片一年,全球電子業營收將少掉將近5000億美元,「全球電子業供應鏈將會停擺。」

晶片產業過度集中,變得愈來愈容易受到天災和地緣政治的影響。

在今年二月美國國會的一場聽證會上,共和黨籍參議員柯頓(Tom Cotton)認為,美國對台積電非常依賴,而台積電在中國面前很脆弱。因此他曾力推法案,促使政府向美國本土的晶片製造業注資。

美國半導體產業協會執行長John Neuffer業表示,「我們在美國沒有足夠的半導體製造能力...必須在美國政府的協助下解決這個問題。」

台積電董事長劉德音則在公開發言中表示,晶圓製造產能的供不應求,並不是因為生產據點集中在台灣才發生,不論半導體工廠設在全球哪裏,都會出現目前的狀況。

夾在中美之間,台積電被形容為「拳擊沙包」,恐失去中國訂單,又無力拒絶美國。

A computer chip beside the China and US flags
Getty Images

摩爾定律失效?

中國晶片產業面臨兩個現實:一是全球晶片產業面臨瓶頸,為後來者趕超帶來契機;二是中國晶片現有產業基礎極差。

晶片產業的瓶頸來自摩爾定律的失效。1965年,英特爾聯合創始人摩爾(Gordon Moore)提出集成電路上可容納的元器件的數量每隔18至24個月就會增加一倍,性能也將提升一倍。此後將近半個世紀以來,半導體行業都大略依照這個模式狂飆突進,每年一代的速率快速迭代,後來者幾乎不可能趕上這樣的發展速度。

然而,這一速度逐漸放緩,近10年來半導體行業規模增速僅維持在4%至6%之間,而且還在進一步放緩,由此體現出從7奈米製程次突破到2奈米製程的意義。

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