IBM发布全球首款0.7nm芯片技术，三维纳米堆叠架构集成千亿晶体管

当地时间6月25日，IBM正式宣布推出全球首款小于1纳米的芯片技术，制程节点达0.7纳米（即7埃米），采用革命性的三维"纳米堆叠"（Nanostack）晶体管架构。这是业界首个已知的基于纳米片的三维设计，标志着半导体行业从纳米时代正式迈入原子尺度时代。 

消息公布后，IBM美股盘前一度涨超6%。

晶体管密度翻倍，逼近物理极限

IBM此次发布的0.7nm芯片，在指甲盖大小的面积内集成了近1000亿颗晶体管，晶体管密度约为IBM于2021年发布的2nm芯片的两倍。为了直观感受这一尺寸，人体红细胞宽度约为7000纳米，是新节点尺寸的约10000倍。IBM公布的显微图像显示，芯片沟道区域仅约15排硅原子宽度，单个硅原子清晰可见。

根据已公布的技术结果，相较IBM 2nm节点芯片，新芯片最高可实现50%的性能提升，或高达70%的能效改善。在AI算力方面，当前主流AI加速器算力约为1500 TOPS（每秒万亿次运算），而采用7埃米技术的芯片预计可达约7000 TOPS，约为前者的七倍。若用于训练当今大规模前沿大语言模型，训练周期有望从约三个月大幅压缩至数周。

IBM研究院院长、IBM院士杰伊·甘贝塔（Jay Gambetta）表示："IBM最新的芯片突破是计算领域的一个里程碑时刻，它将技术从纳米时代推向了原子尺度。凭借全新的纳米堆叠架构，我们不只是在制造更小的晶体管，而是在重新发明芯片的构建方式，以实现更强的性能与更高的能效。"

纳米堆叠架构：三维垂直堆叠，业界首创

IBM为这款芯片开发了全新的晶体管架构——"纳米堆叠"（Nanostack），这是业界首个已知的基于纳米片的三维设计。纳米片（Nanosheet）技术本身由IBM首创，是当前3nm、2nm芯片的主流架构。纳米堆叠则在此基础上实现了重大跨越。

具体而言，纳米堆叠以纳米片为构建模块，将两个完整的晶体管（一个NFET和一个PFET）在垂直方向上堆叠起来。这两个晶体管在不同的晶圆上分别制造，然后通过超薄介质键合技术（键合氧化物厚度控制在30纳米以下）结合在一起，形成真正的三维结构。这与传统的单片式光刻和蚀刻工艺完全不同，这种"顺序集成"方式是其突破的关键。

该架构的核心优势在于：

• 垂直堆叠与交错排列：利用三维顺序集成技术在相同面积内容纳更多晶体管；

• 独立材料优化：允许各堆叠层采用不同的材料组合，使每个晶体管的性能和功耗可独立优化；

• SRAM大幅缩减：在VLSI 2026大会上发表的研究表明，纳米堆叠架构可实现SRAM（静态随机存取存储器）40%的面积缩放。甘贝塔强调，这是"十多年来行业最大的SRAM缩放进步"，对AI工作负载的高带宽数据需求意义重大。

IBM已通过CMOS集成中的超薄介质键合、双通道工程能力演示，以及具备预期开关性能的功能性CMOS反相器操作，对纳米堆叠架构进行了实验验证，证实该技术可实际制造并支持真实计算。

IBM的半导体路径与台积电、三星有何不同？

不同于台积电、三星等侧重商业化量产，IBM的商业模式更接近"前沿研发+技术授权"。IBM自身并不拥有晶圆代工厂，而是将研发出的先进晶体管架构授权给合作伙伴制造。

IBM与三星的合作关系已超过10年。2015年，双方合作开发出业内首个7纳米原型产品；IBM率先研究的新型晶体管架构，被三星于2022年率先实现为全球首个3纳米量产工艺。IBM的服务器CPU也曾在三星工厂生产。然而，IBM的2纳米技术并未交给三星，而是转向了日本新兴晶圆代工企业Rapidus。

对于此次0.7纳米技术，IBM尚未宣布具体的制造合作伙伴。韩国媒体分析，三星能否拿下0.7纳米订单，将取决于其当前2纳米工艺的良率表现。综合各种推测，三星2纳米工艺良率已从去年下半年的约20%提高到今年上半年的50%至60%，台积电则被认为在70%左右。

在发布0.7纳米经典芯片技术的同时，IBM还宣布计划成立Anderon——全球首家纯量子晶圆代工厂。Anderon将作为IBM的独立子公司运营，整合IBM在量子计算与半导体制造领域的核心专业技术，旨在助力美国在全球量子晶圆制造领域占据主导地位。

这一布局显示IBM正同时在传统高性能芯片与量子计算两条技术路线上同步推进。

量产时间表与产业生态

IBM预计，纳米堆叠技术最早可在未来5年内于亚1纳米节点实现首批应用并进入量产阶段，并可支撑至少未来十年的半导体工艺持续缩放。

IBM及其合作伙伴在美国纽约州奥尔巴尼的领先半导体研究设施中开展此项工作。该设施即将配备由ASML开发的高数值孔径极紫外（High NA EUV）光刻设备，这是未来逻辑微缩不可或缺的核心工具。IBM已与泛林集团（Lam Research）、东京电子（TEL）和SCREEN Semiconductor Solutions等合作伙伴共同推进High NA EUV工艺和设备开发，目前已成功制造出可运行的器件。

全球迈入"埃米级竞赛" 

尽管IBM在尖端研发上拔得头筹，但全球芯片制造的主战场仍由台积电、三星和英特尔主导。

• 台积电：目前已开始量产2纳米芯片，采用第一代纳米片晶体管。正在研发A16（1.6纳米）和A14（1.4纳米）技术，其中A16原计划2026年下半年量产，已推迟至2027年。

• 三星：已宣布其A16埃米级CMOS技术将于2026年第四季度量产，并计划2029年量产1.4纳米工艺。

• 英特尔：上周宣布其新一代18A制造工艺（1.8纳米）已进入风险生产阶段，即商业化量产前的测试阶段。

分析人士指出，IBM的纳米堆叠架构虽在技术层面领先，但从实验室验证到大规模量产仍存在显著差距。竞争对手已具备成熟的制造能力和客户关系。不过，IBM的0.7纳米技术证明，即使芯片特征尺寸逼近原子尺度，性能和能效的持续提升仍然可能，为摩尔定律的延续提供了新路径。

IBM 2026财年一季报显示，公司总营收159.17亿美元，同比增长9.5%；其中基础设施业务营收33.26亿美元，同比增长15%，IBM Z大型主机业务增速高达51%，核心驱动力来自内置AI加速算力的主机更新需求。