“世界上最先進(jìn)的微芯片”已經(jīng)亮相

2025 年 4 月 1 日，臺灣廠商臺積電介紹世界上最先進(jìn)的微芯片：The2 納米 （2nm） 芯片.

預(yù)計(jì)今年下半年將進(jìn)行量產(chǎn)，臺積電承諾這將代表性能和效率向前邁出的重要一步——可能會重塑技術(shù)格局。

微芯片是現(xiàn)代技術(shù)的基礎(chǔ)，幾乎存在于所有電子設(shè)備中，從電動(dòng)牙刷和智能手機(jī)到筆記本電腦和家用電器。它們是通過對硅等材料進(jìn)行分層和蝕刻制成的，以創(chuàng)建包含數(shù)十億個(gè)晶體管.

這些晶體管實(shí)際上是微型開關(guān)，管理電流并允許計(jì)算機(jī)工作。一般來說，芯片包含的晶體管越多，它變得越快、越強(qiáng)大。

微芯片行業(yè)一直努力將更多的晶體管封裝到更小的面積中，從而產(chǎn)生更快、更強(qiáng)大、更節(jié)能的技術(shù)設(shè)備。

與之前最先進(jìn)的芯片（稱為 3nm 芯片）相比，臺積電的 2nm 技術(shù)應(yīng)該會帶來顯著的好處。其中包括計(jì)算速度提升 10%-15%在相同的功率水平下，或者在相同的速度下減少 20-30% 的功率使用。

此外，2nm 芯片中的晶體管密度比 3nm 技術(shù)高出約 15%。這將使設(shè)備能夠更快地運(yùn)行、消耗更少的能源并有效地管理更復(fù)雜的任務(wù)。

臺灣的微芯片行業(yè)與其安全密切相關(guān)。它有時(shí)被稱為“硅盾”，因?yàn)樗鼜V泛的經(jīng)濟(jì)重要性激勵(lì)美國和盟友保衛(wèi)臺灣免受中國入侵的可能性。

臺積電最近達(dá)成了一項(xiàng)1000 億美元的交易（760 億英鎊）建造五家新的美國工廠。然而，2nm 芯片是否可以在臺灣以外制造，因?yàn)橐恍┕賳T擔(dān)心這可能會破壞該島的安全。

臺積電成立于 1987 年，代表臺灣積體電路制造公司，為其他公司制造芯片。臺灣占全球“代工”市場（半導(dǎo)體制造外包）的 60%，其中絕大多數(shù)來自臺灣僅來自 TSMC.

TSMC 的超先進(jìn)微芯片被其他公司用于各種設(shè)備。它生產(chǎn) Apple 的A 系列處理器用于 iPhone、iPad 和 Mac，它生成 NVidia 的圖形處理單元 （GPU），用于機(jī)器學(xué)習(xí)和 AI 應(yīng)用程序。

它還生產(chǎn)全球超級計(jì)算機(jī)使用的 AMD 的 Ryzen 和 EPYC 處理器，并生產(chǎn)三星、小米、OnePlus 和谷歌手機(jī)使用的 Qualcomm Snapdragon 處理器。

2020 年，臺積電啟動(dòng)了一種特殊的微芯片小型化工藝，稱為 5nmFinFET 技術(shù)，它在智能手機(jī)和高性能計(jì)算 （HPC） 開發(fā)中發(fā)揮了至關(guān)重要的作用。HPC 是讓多個(gè)處理器同時(shí)處理復(fù)雜計(jì)算問題的做法。

兩年后，臺積電推出了3nm 小型化工藝基于更小的微芯片。這進(jìn)一步提高了性能和能效。例如，Apple 的 A 系列處理器就是基于這項(xiàng)技術(shù)。

配備 2nm 芯片的智能手機(jī)、筆記本電腦和平板電腦可以受益于更好的性能和更長的電池壽命。這將在不犧牲功率的情況下實(shí)現(xiàn)更小、更輕的設(shè)備。

2nm 芯片的效率和速度有可能增強(qiáng)基于 AI 的應(yīng)用程序，例如語音助手、實(shí)時(shí)語言翻譯和自主計(jì)算機(jī)系統(tǒng)（旨在以最少或無需人工輸入工作的應(yīng)用程序）。

數(shù)據(jù)中心可以減少能源消耗并提高處理能力，從而有助于實(shí)現(xiàn)環(huán)境可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)。

自動(dòng)駕駛汽車和機(jī)器人等領(lǐng)域可以從新芯片提高的處理速度和可靠性中受益，使這些技術(shù)更安全、更實(shí)用，可以得到廣泛采用。

這一切聽起來真的很有希望，但雖然 2nm 芯片代表了一個(gè)技術(shù)里程碑，但它們也帶來了挑戰(zhàn)。第一個(gè)與制造復(fù)雜性有關(guān)。

生產(chǎn) 2nm 芯片需要尖端技術(shù)，例如極紫外 （EUV） 光刻.這種復(fù)雜而昂貴的過程增加了生產(chǎn)成本，并需要極高的精度。

另一個(gè)大問題是熱量。即使功耗相對較低，隨著晶體管的縮小和密度的增加，管理散熱也成為一項(xiàng)關(guān)鍵挑戰(zhàn)。

過熱會影響芯片的性能和耐用性。此外，在如此小的規(guī)模下，硅等傳統(tǒng)材料可能會達(dá)到其性能極限，需要探索不同的材料。

也就是說，這些芯片實(shí)現(xiàn)的增強(qiáng)計(jì)算能力、能效和小型化可能是通往消費(fèi)和工業(yè)計(jì)算新時(shí)代的門戶。

更小的芯片可能會帶來未來技術(shù)的突破，創(chuàng)造出不僅功能強(qiáng)大，而且隱蔽且更環(huán)保的設(shè)備。

Domenico Vicinanza， 智能系統(tǒng)與數(shù)據(jù)科學(xué)副教授，安格利亞魯斯金大學(xué)

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