早在2014年，隨著“摩爾定律將死”的觀點(diǎn)在芯片行業(yè)四起，雄心勃勃的IBM耗資30億美元，啟動(dòng)了一個(gè)名為“7nm and Beyond”的項(xiàng)目，期望通過為期5年的研究，看看在芯片尺寸不斷縮小的物理效應(yīng)作用下，未來(lái)的計(jì)算技術(shù)將如何發(fā)展。“在實(shí)現(xiàn)設(shè)備擴(kuò)展和性能差異化的過程中，都無(wú)法停止對(duì)新設(shè)備架構(gòu)和新材料的探索。”IBM高級(jí)邏輯和存儲(chǔ)技術(shù)研究、半導(dǎo)體和AI硬件部門主管Huiming Bu談到，雖然摩爾定律已無(wú)法很好地指導(dǎo)芯片技術(shù)的發(fā)展，但在計(jì)算領(lǐng)域，創(chuàng)新仍是發(fā)展的必經(jīng)之路。其中，“7nm and Beyond”項(xiàng)目就能夠滿足計(jì)算領(lǐng)域不斷增長(zhǎng)的創(chuàng)新需求。
除了對(duì)芯片架構(gòu)的創(chuàng)新應(yīng)用外，如何在芯片設(shè)計(jì)階段對(duì)布線進(jìn)行重新設(shè)計(jì)，也是IBM研究人員研發(fā)的方向之一。經(jīng)過“7nm and Beyond”項(xiàng)目研究，IBM研究人員對(duì)如何在這些晶體管和開關(guān)上進(jìn)行布線有了一定的見解。“我們的創(chuàng)新之一就是盡可能地增加對(duì)銅線的使用?！盜BM研究員Daniel Edelstein談到，其中最困難的部分在于對(duì)極其微小的溝槽進(jìn)行圖案化，并用銅進(jìn)行填充，使其沒有缺陷。實(shí)際上，現(xiàn)階段銅的使用在晶體管布線中仍存在挑戰(zhàn)，但Edelstein認(rèn)為，在未來(lái)短時(shí)間內(nèi)，行業(yè)將不會(huì)從銅遷移到其他更特殊的材料?！耙?yàn)榫湍壳暗纳a(chǎn)而言，銅的使用肯定還沒有達(dá)到極限?！彼f。
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AI推動(dòng)異構(gòu)集成發(fā)展，新興存儲(chǔ)器取得突破
對(duì)IBM來(lái)說，芯片尺寸、架構(gòu)和材料驅(qū)動(dòng)了“7nm and Beyond”項(xiàng)目的許多創(chuàng)新發(fā)展，但Edelstein和Huiming Bu都注意到，人工智能（AI）也在未來(lái)計(jì)算技術(shù)的發(fā)展中扮演著關(guān)鍵的角色。“隨著AI、大腦啟發(fā)式計(jì)算和其他非數(shù)字計(jì)算的出現(xiàn)，我們開始在研究層面開發(fā)其他設(shè)備，尤其是新興的存儲(chǔ)設(shè)備?！盓delstein談到，如相變存儲(chǔ)器（PCM）、憶阻器（Memristor），這些已被行業(yè)認(rèn)為是模擬計(jì)算設(shè)備。IBM認(rèn)為，這些新存儲(chǔ)設(shè)備的出現(xiàn)，讓人們重新思考傳統(tǒng)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)之外的潛在應(yīng)用。目前，IBM研究人員正在思考和開發(fā)磁阻式隨機(jī)存取內(nèi)存（MRAM）的新應(yīng)用，而IBM從30年前MRAM首次面世以來(lái)就開始投入研究。“如今，MRAM終于取得一定的突破。”Edelstein說，它不僅可以實(shí)現(xiàn)制造，還可以滿足與靜態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器（SRAM）在系統(tǒng)緩存競(jìng)爭(zhēng)方面所需的各種要求。2019年，半導(dǎo)體和顯示設(shè)備制造商應(yīng)用材料為客戶提供的相關(guān)解決方案，就直接證明了MRAM和其他非易失性存儲(chǔ)器（包括RRAM和PCM）能夠直接嵌入處理器中。“將各種組件集成到統(tǒng)一計(jì)算系統(tǒng)的需求，正開始推動(dòng)一個(gè)異構(gòu)集成的全新世界?！痹贖uiming Bu看來(lái)，構(gòu)建異構(gòu)架構(gòu)系統(tǒng)不僅將成為未來(lái)計(jì)算發(fā)展的關(guān)鍵，亦是受AI需求驅(qū)動(dòng)下一種新的行業(yè)創(chuàng)新策略。
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結(jié)語(yǔ)：IBM為追求高效計(jì)算性能攻克先進(jìn)制程技術(shù)
作為全球重要的信息技術(shù)公司，IBM“7nm and Beyond”項(xiàng)目對(duì)新設(shè)備、新材料和新計(jì)算架構(gòu)的探索，是它在不斷追求實(shí)現(xiàn)更高效計(jì)算性能過程中，所邁出的重要一步。隨著如今芯片制程技術(shù)發(fā)展到5nm，并不斷往更精細(xì)、更先進(jìn)的制程推進(jìn)，我們期待IBM在未來(lái)能夠?yàn)榘雽?dǎo)體行業(yè)帶來(lái)更多的創(chuàng)新思路和驚喜。
