IBM宣称推出全球首个亚纳米芯片技术

IBM推出的全新芯片架构，可在指甲盖大小的芯片上集成近1000亿个晶体管，晶体管密度约为该公司上一代芯片技术的两倍。由此带来的芯片计算性能与能效提升，源于IBM所称的"全球首个面向AI数据中心的亚1纳米芯片技术"。

IBM研究院院长、IBM院士Jay Gambetta在媒体预发布简报中表示："这不仅仅是一次渐进式进步，而是一次实质性的跨越。"他将这项新芯片技术描述为"预示着一个未来——计算能力将大幅提升，而能耗却不会随之等比增加"。

有必要深入理解"全球首个亚1纳米芯片技术"的确切含义——由于各种物理限制，制造晶体管及其他特征尺寸小于1纳米的可靠功能性芯片在实践中并不可行。因此，IBM实际上是在宣称，其新型"纳米堆叠"架构能够实现理论上构建物理特征尺寸小于1纳米芯片所预期的计算性能提升。

具体而言，IBM将其新芯片技术定义为采用0.7纳米节点制造，并将其命名为7埃节点——因为1纳米等于10埃。

但需要注意的是，此类节点编号与IBM芯片的实际物理尺寸并无直接关联。20世纪70至80年代的早期芯片，其物理特征尺寸与芯片技术节点名称中的数字相符，例如采用180纳米节点制造的芯片。但数十年来，这一对应关系早已不复存在，对于当前采用3纳米或2纳米制程的最新一代芯片而言更是如此。

为突破现代芯片设计面临的物理缩放极限，IBM的纳米堆叠架构采用交错排列的垂直堆叠方式，在同等芯片面积内集成更多晶体管。这一架构建立在该公司此前研发的纳米片晶体管基础之上，而正是纳米片晶体管为2021年推出的2纳米芯片节点奠定了基础。

IBM纳米堆叠架构的基本单元由两个堆叠并键合在一起的晶体管构成。每个晶体管由三片纳米片组成，每片厚度为5纳米，相当于约15排硅原子，纳米片之间的间距约为9纳米。

面向AI时代的性能提升

根据IBM发布的技术报告预测，纳米堆叠架构相比该公司上一代2纳米节点芯片，可实现50%的计算性能提升或70%的能效提升。IBM在2025年于日本京都举办的IEEE超大规模集成电路技术与电路研讨会上，正式发布了这一纳米堆叠晶体管架构。

IBM研究人员还在VLSI 2026研讨会上展示了纳米堆叠架构如何在静态随机存取存储器（SRAM）缩放方面实现40%的改进。SRAM支持快速但高能耗的读写操作，在众多AI应用中至关重要。

这一存储性能的提升，得益于芯片SRAM位单元（由六个晶体管构成的存储单元）所采用的交错通道设计，该设计将整体单元高度降低了40%，从而在同等芯片面积内集成更多SRAM。

对于希望支持AI工作负载的芯片设计师而言，这无疑是个好消息——近几代芯片技术中，SRAM的缩放进展已大幅放缓。例如，Gambetta解释道，从3纳米芯片到2纳米芯片，SRAM缩放仅提升了几个百分点。

Gambetta表示："40%这一成果最终将在AI工作流中实现产业化落地，而AI工作流对更高带宽与高效率有着迫切需求。"

亚纳米节点的发展路线图

作为一家专注于芯片技术研究的企业，IBM并不直接生产可用于AI数据中心或消费设备的商业芯片。IBM此前已与日本的Rapidus等半导体公司建立合作，由其量产基于纳米片架构的2纳米节点芯片；此外，IBM还与韩国三星达成合作，共同推动相关技术的商业化。

其他公司也在IBM的开创性工作基础上独立跟进，并未直接展开合作。例如，台湾台积电独立研发了纳米片晶体管，并将其应用于自有的2纳米节点技术。

IBM半导体全球研发副总裁、IBM研究院副总裁Bu Huiming在媒体简报中表示："纳米片已成为下一代晶体管缩放的基础。如今，纳米片技术已被所有领先晶圆代工厂广泛采用，应用于大多数3纳米芯片和全部2纳米芯片的制造。"

对于可能合作商业化最新亚纳米节点技术的具体公司，IBM方面未予透露。但Bu Huiming预计，采用亚纳米节点并融入最新纳米堆叠架构的商业芯片，最早可在未来五年内开始量产，大概率在十年内实现商业化。

"纳米堆叠将取代纳米片，成为领先晶圆代工厂的主流技术，无论是CPU还是GPU概莫能外。"Bu Huiming说，"在未来十年内，这将成为又一项由我们发明并助力行业变革的主流技术。"

Q&A

Q1：IBM的纳米堆叠架构和传统纳米片架构有什么区别？

A：纳米片架构是IBM于2021年推出的2纳米芯片所使用的技术，而纳米堆叠架构则是在其基础上的进一步演进。纳米堆叠将两个晶体管垂直堆叠并键合在一起，每个晶体管由三片5纳米厚的纳米片组成，通过交错排列在同等芯片面积内集成更多晶体管，从而突破物理缩放极限，实现更高的性能与能效。

Q2：IBM的纳米堆叠芯片能带来多大的性能提升？

A：根据IBM发布的技术报告预测，纳米堆叠架构相比2纳米节点芯片可实现50%的计算性能提升，或达到70%的能效提升。此外，在AI应用中至关重要的SRAM方面，纳米堆叠架构可实现40%的缩放改进，从而在同等面积内集成更多高速存储，有效支撑AI工作负载的高带宽需求。

Q3：IBM的亚纳米芯片技术何时能进入商业量产阶段？

A：IBM本身不直接生产商业芯片，而是通过与半导体公司合作推动技术产业化。IBM半导体全球研发副总裁Bu Huiming预计，采用纳米堆叠架构的商业芯片最早可在未来五年内开始量产，并在十年内成为CPU、GPU等领域的主流技术。目前IBM已与日本Rapidus及韩国三星建立了此类合作模式。