IBM開發出第一個5奈米製程晶片，效能提升40%、電力消耗節省75%|數位時代 BusinessNext

IBM開發出第一個5奈米製程晶片，效能提升40%、電力消耗節省75%

兩年前才開發出全球首個7奈米晶片的IBM，與晶片商GlobalFoundries和三星合作研發出5奈米晶片，且性效能表現超越現有技術。該技術一旦成熟，將有助於人工智慧、物聯網和雲端計算等領域發展。

電晶體新技術讓晶片擁有更多「運算大腦」

一直以來驅動半導體技術進步的摩爾定律，隨著近來晶片技術進步趨緩的情形，似乎快達到極限。在現有通用的10奈米製程晶片，按照摩爾定律，下一代應縮小至7奈米。而IBM這次不僅打破僵局，新研發的5奈米製程晶片甚至已經超越摩爾定律的標準。

而IBM之所以能同時縮小晶片尺寸、卻又不影響效能的原因，在於其採用了新技術「環繞式閘極場效電晶體（GAAFET）」。

閘極（gate）是電晶體中控制電流開關的部位，該設計也是影響電晶體尺寸的關鍵之一。一直以來，電晶體都是設計成扁平狀，而閘極位於電流通道上方。為了縮小電晶體尺寸，後來晶片商將通道設計成魚鰭狀、垂直於基板（substrate），並將閘極覆蓋於通道上方，被稱作「鰭式場效電晶體（FinFET）」。

而IBM希望透過進一步縮小通道和閘極的距離，再縮小電晶體尺寸。其透過奈米薄層將閘極包圍在通道周圍，閘極數量因此從過去的三個增加為四個，閘道通道量也較過去更大。

由於手機和電腦計算速度取決於晶片中的電晶體數量和通過的電流量，在電晶體排列更緊密、電流通過量變更大的情況下，採GAAFET的晶片性能更高、尺寸也能縮小。

正是如此，GAAFET被視為取代FinFET的下一代晶片設計。FinFET目前普遍被用於22奈米以下的晶片設計，最小約可製作出7奈米的晶片，若尺寸縮至5奈米，受限於晶片製程技術，電晶體排列過於緊密、無法讓足夠的電流通過，會導致性能下降。而採GAAFET的晶片尺寸極限為3奈米。

性能提升40%、電力消耗省75%

儘管兩年前IBM就研發出7奈米製程技術，但目前已經邁入商用階段的仍僅止於10奈米。例如，高通最新手機處理器「驍龍835」，就是第一個採用三星10奈米製程的晶片，該晶片也用於三星最新智慧型手機Galaxy S8。

在性效能表現上，採新技術的5奈米製程晶片，相較10奈米製程晶片，性能可提升40%，或是可省下75%的電力消耗卻能達到相同效能，即電量消耗為過去的1/4倍。

該技術也讓晶片的電晶體密度突破以往。IBM表示，新技術讓僅約指甲大小的晶片（50平方毫米）可容納300億個電晶體，以過去7奈米的製程技術來說，同樣大小僅能容納200億個電晶體。

儘管新技術令人期待，但IBM表示，5奈米製程目前仍在開發階段，距離商用還有一段時間。

全球每年約生產4億噸塑膠垃圾，只有不到10%有被回收，其中約有1100萬至1400萬噸最終流入海洋。在十分有限的回收量中，約 8 成來自相對單純、流程完整的寶特瓶回收；反觀，同樣是高頻消費品的手機配件，回收率卻不到 1％。這個現象，對長期從事材料研究的犀牛盾共同創辦人暨執行長王靖夫來說，是他反思事業選擇的開端，也是突破的轉捩點。

「手機殼產業其實是塑膠產業的縮影！」他在2025 亞馬遜港都創新日的專題演講上直言。手機殼本質上類似一種快時尚商品，每年有超過十億個手機殼被製造，但產業並未建立材料規範，多數產品混用多種複合塑膠、填料與添加物，既難拆解、也沒有回收機制。結果是，一個重量相當於超過二十個塑膠袋的手機殼，在生命周期終點只能被視為垃圾。

王靖夫指出，連結構複雜的資訊科技產品，回收率都能達 45％，但手機殼明明是最簡單、最應該回收的產品，為什麼無法有效回收？這個命題讓他意識到，與其只做手機殼，不如正面處理塑膠問題本身，從材料設計、製程到後端回收再生，開創循環之道。

以材料工程打造手機殼的循環力

若塑膠要進入循環體系，前提是「材料必須足夠單純」。王靖夫很快意識到，問題不在回收端，關鍵在最開始的設計端。多數手機殼由多款不同塑膠、橡膠件甚至金屬等複合材料組成，無法被經濟化拆解，也難以透過現有流程再製。為此，犀牛盾在2017年起重新整理產品線，希望借鑑寶特瓶成功循環的經驗，擬定出手機殼應有的設計框架。

新框架以「單 1 材料、0 廢棄、100% 循環設計」為核心，犀牛盾從材料工程出發，建立一套循環路徑，包括：回收再生、溯源管控、材料配方、結構設計、循環製程、減速包裝與逆物流鏈等，使產品從生產到回收的每一階段，皆與核心精神環環相扣。

王靖夫表示，努力也終於有了成果。今年，第一批以回收手機殼再製的新產品已正式投入生產，犀牛盾 CircularNext 回收再生手機殼以舊殼打碎、造粒後再製成型；且經內部測試顯示，材料還可反覆再生六次以上仍維持耐用強度，產品生命週期大大突破「一次性」。

另外，今年犀牛盾也推出的新一代的氣墊結構手機殼 AirX，同樣遵守單一材料規範，透過結構設計打造兼具韌性、耐用、便於回收的產品。由此可見，產品要做到高機能與循環利用，並不一定矛盾。

海上掃地機器人將出海試營運

在實現可循環材料的技術後，王靖夫很快意識到另一項挑戰其實更在上游——若塑膠源源不斷流入環境，再強的循環體系也只是疲於追趕。因此，三年前，犀牛盾再提出一個更艱鉅的任務：「能不能做到塑膠負排放？」也就是讓公司不僅不再製造新的塑膠，還能把已散落在環境中的塑膠撿回來、重新變成可用原料。

這個想法也促成犀牛盾啟動「淨海計畫」。身為材料學博士，王靖夫將塑膠問題拆為三類：已經流落環境、難以回收的「考古塑膠（Legacy Plastic）」；仍在使用、若無管理便會成為下一批廢棄物的「現在塑膠（Modern Plastic）」；以及未來希望能在自然環境中真正分解的「未來塑膠（Future Plastic）」。若要走向負排放，就必須對三個路徑同時提出技術與管理解方。

其中最棘手的是考古塑膠，尤其是海洋垃圾。傳統淨灘方式高度仰賴人力，成本極高，且難以形成可規模化的商業模式，因此無法提供可持續的海廢來源作為製造原料。為突破這項瓶頸，犀牛盾決定自己「下海」撿垃圾，發展PoC（概念驗證）項目，打造以 AI 作為核心的淨海系統。

王靖夫形容，就像是一台「海上的掃地機器人」。結合巡海無人機進行影像辨識、太陽能驅動的母船作為能源與運算平台，再由輕量子船前往定位點進行海廢收集：目的就是提升撿拾效率，同時也累積資料，為未來的規模化建立雛形。

從海洋到河川，探索更多可能

淨海計畫的下一步，不只是把「海上的掃地機器人」做出來，王靖夫說：「目標是在全球各地複製擴張規模化、讓撿起的回收塑膠真正的再生利用。」也就是說，海上平台終究要從單點示範，走向可標準化、在不同海域與國家部署的技術模組，持續穩定地把海廢帶回經濟體。

他進一步指出，「其實這套系統不限於海洋，也可以在河川上。畢竟很多海洋垃圾是從河流來的。」未來若能推進到河川與港灣，將塑膠在進海之前就攔截下來，不僅有助於減少海洋污染，回收後的材料也更乾淨、更適合再生，步步朝向終極願景——隨著時間推進，海中垃圾愈來愈少，被撿起、回收後再生的塑膠會越來越多。

「我們已經證明兩件事的可行性：一端是產品的循環設計，一端是 AI 賦能海廢清理的可能性。」王靖夫笑說，塑膠管理命題不只為自己和公司找到新的長期目標，也讓他順利度過中年危機。「選擇改變，留給下一代更好的未來。」他相信，即便是一家做手機殼的公司，也能創造超乎想像的正向改變。