IBM 推出全球首項(xiàng)亞 1納米芯片技術(shù)：基于開(kāi)創(chuàng)性的三維納米堆疊架構(gòu)打造，助力半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)未來(lái)十年發(fā)展

來(lái)源：IBM中國(guó)

近日，IBM（紐約證券交易所代碼：IBM）宣布了一項(xiàng)半導(dǎo)體領(lǐng)域的重大突破，推出全球首款亞 1納米（sub-1nm）芯片技術(shù)，其晶體管架構(gòu)達(dá)到了開(kāi)創(chuàng)性的 0.7納米（即 7埃節(jié)點(diǎn)）。這一成就對(duì)于面臨傳統(tǒng)芯片微縮物理極限的行業(yè)而言，具有里程碑式意義。半導(dǎo)體在計(jì)算、電子設(shè)備、通信設(shè)備、交通系統(tǒng)及關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施等領(lǐng)域均發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。

IBM 最新推出的亞 1納米芯片技術(shù)，可在指甲蓋大小的芯片上集成近 1000億個(gè)晶體管，密度約為 IBM 于 2021年發(fā)布的 2納米芯片的兩倍。借助首創(chuàng)的三維“納米堆疊”（nanostack）架構(gòu)等一系列結(jié)構(gòu)和材料創(chuàng)新，該技術(shù)證明即便芯片特征逼近原子尺寸，仍可能實(shí)現(xiàn)性能和效率的持續(xù)提升。

已公布的技術(shù)結(jié)果顯示，相比于 IBM 的 2納米節(jié)點(diǎn)芯片，該新款芯片有望實(shí)現(xiàn)高達(dá) 50%的性能提升，或高達(dá) 70%的能效提升[1] ，為生成式 AI、云基礎(chǔ)設(shè)施乃至下一代電子設(shè)備等應(yīng)用提供強(qiáng)勁算力。

IBM 芯片技術(shù)的最新突破是計(jì)算領(lǐng)域的里程碑時(shí)刻，推動(dòng)技術(shù)從納米時(shí)代邁向原子尺度。借助開(kāi)創(chuàng)性的新型納米堆疊架構(gòu)，我們不只是要把晶體管做得更小，而是重新設(shè)計(jì)芯片結(jié)構(gòu)，以大幅提升性能和能效。這一業(yè)界首創(chuàng)延續(xù)了 IBM 引領(lǐng)下一代技術(shù)發(fā)展的傳統(tǒng)，為下一個(gè)計(jì)算時(shí)代奠定基礎(chǔ)。

Jay Gambetta

IBM 研究院院長(zhǎng)、IBM 院士

納米堆疊：芯片設(shè)計(jì)行業(yè)的重大突破

為制造該芯片，IBM 研究人員開(kāi)發(fā)了一種全新的晶體管架構(gòu)，名為“納米堆疊”（nanostack）；這是業(yè)界首個(gè)已知的三維納米片晶體管設(shè)計(jì)，在 IBM 此前發(fā)明的納米片（nanosheet）架構(gòu)的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)了更大突破。該設(shè)計(jì)將晶體管垂直堆疊并交錯(cuò)排列，利用三維順序集成技術(shù)在芯片上集成更多晶體管。同時(shí)，每個(gè)堆疊層可使用不同的材料組合，使每個(gè)晶體管的性能和能效得到獨(dú)立優(yōu)化。

IBM 的納米堆疊架構(gòu)已通過(guò) CMOS 集成中的超薄介質(zhì)鍵合、雙通道工程能力驗(yàn)證，以及具備預(yù)期開(kāi)關(guān)性能的功能性 CMOS 反相器操作得到實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。這些結(jié)果共同證明，納米堆疊技術(shù)可在物理層面實(shí)現(xiàn)，并支持實(shí)際計(jì)算。

此外，IBM 研究人員在 VLSI 2026大會(huì)上發(fā)表的最新研究表明，納米堆疊架構(gòu)可使 SRAM 面積縮小 40%[2] ，使芯片設(shè)計(jì)人員能夠制造更高效率的芯片，同時(shí)滿足先進(jìn) AI 工作負(fù)載對(duì)高帶寬數(shù)據(jù)的需求。

憑借這一突破性結(jié)構(gòu)，邏輯技術(shù)首次得以延伸至 1納米節(jié)點(diǎn)以下，邁向埃米級(jí)微縮時(shí)代——尺寸接近單個(gè)原子的大小。雖然如今的晶體管節(jié)點(diǎn)更多地代表制造工藝，而非確切的物理尺寸，但 IBM 的 0.7納米技術(shù)（或稱 7埃）證明了持續(xù)微縮的可能性。憑借新型納米堆疊架構(gòu)，IBM 的半導(dǎo)體路線圖預(yù)計(jì)至少可支撐未來(lái)十年的微縮工藝發(fā)展。

延續(xù) IBM 在半導(dǎo)體創(chuàng)新領(lǐng)域數(shù)十年的領(lǐng)導(dǎo)者地位

這一突破再次證明了 IBM 在半導(dǎo)體研發(fā)領(lǐng)域的領(lǐng)先地位。數(shù)十年來(lái)，IBM 持續(xù)引領(lǐng)全球芯片研發(fā)——從 20世紀(jì) 60年代的早期半導(dǎo)體到全球首款 2納米節(jié)點(diǎn)芯片。IBM 在硅基芯片、AI 硬件、邏輯芯片和量子處理器等前沿領(lǐng)域的持續(xù)創(chuàng)新，為未來(lái)的計(jì)算提供動(dòng)力。

IBM 及其合作伙伴在位于美國(guó)紐約州奧爾巴尼的一家半導(dǎo)體研究機(jī)構(gòu)開(kāi)展此項(xiàng)工作，該機(jī)構(gòu)即將配備高數(shù)值孔徑極紫外光（High NA EUV）光刻工具，這對(duì)邏輯微縮的未來(lái)至關(guān)重要。該技術(shù)由 ASML 開(kāi)發(fā)，可實(shí)現(xiàn)超精密電路打印，有助于制造更小、更強(qiáng)大的芯片。IBM 與合作伙伴 Lam Research、Tokyo Electron 和 SCREEN Semiconductor Solutions 等合作伙伴，持續(xù)共同開(kāi)發(fā)新的高數(shù)值孔徑 EUV 工藝和工具，并已成功制造出可用設(shè)備。

IBM 近期還宣布計(jì)劃成立 Anderon——全球首家專注于量子晶圓制造的代工廠。

IBM 預(yù)計(jì)納米堆疊技術(shù)最快在 5年內(nèi)應(yīng)用于亞 1納米節(jié)點(diǎn)，并實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)。

[1] S. Reboh 等，“面向 CMOS 7A節(jié)點(diǎn)及更遠(yuǎn)代的 NanoStack 晶體管架構(gòu)”，VLSI 2025

[2] Chen Zhang 等，“交錯(cuò)通道納米堆疊 SRAM 位單元的面積與性能”，VLSI 2026

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