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解密英特爾最新制程路線,與主流先進制程有何區別?

—— 解密英特爾最新制程路線,它與主流先進制程有何區別?
作者:陳玲麗時間:2021-08-02來源:電子產品世界收藏
編者按:7月27日,英特爾召開制程工藝和封裝技術線上發布會,英特爾CEO帕特·基辛格表示,英特爾正在通過半導體制程工藝和封裝技術來實現技術的創新,并公布有史以來最詳細的制程工藝和封裝技術發展路線。

7月27日,召開工藝和封裝技術線上發布會。會上,CEO帕特·基辛格表示,正在通過半導體工藝和封裝技術來實現技術的創新,并公布有史以來最詳細的工藝和封裝技術發展路線。

本文引用地址:http://www.jiaxiaoks.com/article/202108/427297.htm

英特爾表示在10月27日的Intel Innovation上還會有更多重要消息放出。

采用全新命名體系

芯片制程工藝節點名稱是以晶體管的柵極長度來命名,然而現如今整個行業對于芯片工藝節點的命名開始多樣化,這些多樣的方案既不再指代任何具體的度量方法,也無法體現如何能夠實現能效和性能的平衡。因此,英特爾從性能、功耗和面積等各方面進行了綜合考慮,對芯片制程工藝采用新的命名體系。

在發布會上,英特爾公布了未來5年芯片制程的技術路線圖,并采用了新的命名體系,分別是Intel 7(此前稱之為10納米Enhanced SuperFin)、Intel 4(此前稱之為Intel 7納米)、Intel 3以及Intel 20A。

而這一舉動則是為了在制程規格的名稱上與跟臺積電、三星保持對等關系。

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· Intel 7:工藝擁有最佳的FinFET的晶體管,與Intel 10nm SuperFin相比,每瓦性能將提升大約10%~15%。Intel 7的優勢包括更高的應變能力、更低的電阻材料、更新型的高密度刻蝕技術、擁有流線型結構以及采用更高的金屬堆棧來實現布線優化。據了解,于2021年推出的面向客戶端的Alder Lake,以及預計將于2022年第一季度投產的面向數據中心的Sapphire Rapids將會采用Intel 7工藝。

· Intel 4:將完全采用EUV光刻技術,可使用超短波長的光來刻印極微小的圖樣。與Intel 7相比,Intel 4的每瓦性能將提高約20%。據了解,Intel 4將于2022年下半年投產,2023年出貨,將會應用在面向客戶端的Meteor Lake和面向數據中心的Granite Rapids。

· Intel 3:隨著FinFET技術的進一步優化,以及EUV技術使用的不斷完善,將實現與Intel 4相比每瓦性能約18%的提升,在芯片面積上也將會有改進。據悉,Intel 3將于2023年下半年開始在相關產品中使用。

· Intel 20A:在Intel 3工藝后,芯片制程將會越來越接近1納米節點,進入更微小的埃米時代。因此,Intel 3之后的工藝,英特爾也改變了命名方式,命名為Intel 20A。Intel 20A將憑借RibbonFET和PowerVia兩大突破性技術開啟埃米時代。Intel 20A預計將在2024年推出,且在此制程工藝技術中,英特爾將會與高通公司進行合作。而近期,英特爾也剛剛宣布與高通簽訂協議,將為高通提供代工服務,而這或許也是英特爾向Intel 20A技術邁進的關鍵一步。

實話講,英特爾最有趣且最應該受到關注的產品,毫無疑問是Intel 3之后的Intel 20A。當然,Intel 4將作為第一批應用阿斯麥高數值孔徑(High-NA)極紫外輻射光刻技術(EUV)的處理器也倍受矚目,但象征意義不如Intel 20A。

Intel 20A(5nm)之所以被英特爾稱為歷史上制程技術發展的下一個分水嶺,是因為它是第一塊應用英特爾兩大“開創性技術”的芯片:

· 替代FinFET的全新晶體管架構 Gate-All-Around(英特爾把它命名為RibbonFET);

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· 能夠解決“互聯瓶頸”的電能傳輸系統PowerVia:是英特爾全新的背面電能傳輸網絡。這是由英特爾工程師開發的一項獨特技術,也將在Intel 20A中首次采用。

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我們知道,現代電路的制造過程從晶體管層M0作為最小層開始。在此之上,以越來越大的尺寸添加額外的金屬層,以解決晶體管與處理器不同部分(緩存、緩沖器、加速器)之間所需的所有布線?,F代高性能處理器的設計中通常有10到20個金屬層,頂層放置外部連接。然后將芯片翻轉(稱為倒裝芯片),以便芯片可以通過底部的連接和頂部的晶體管與外部世界進行通信。

這種傳統的互連技術是在晶體管層的頂部進行互聯,由此產生的電源線和信號線的互混,導致了布線效率低下的問題,會影響性能和功耗。為此業界轉向了“背面供電的技術”,也就是英特爾所說的PowerVia。

在新的工藝中,英特爾把電源線置于晶體管層的下面,換言之是在晶圓的背面。通過消除晶圓正面的電源布線需求,可騰出更多的資源用于優化信號布線并減少時延。通過減少下垂和降低干擾,也有助于實現更好的電能傳輸。

換另一種說法,在全新的設計中,英特爾現在將晶體管置于設計的中間。在晶體管的一側放置了通信線,允許芯片的各個部分相互通信。另一方面是所有與電源相關的連接(以及電源門控)。從本質上講,英特爾轉向了三明治,其中晶體管是填充物。

PowerVia將是業界首個部署的背面電能傳輸網絡。

英特爾動作不斷

幾十年來,英特爾在芯片制程工藝方面一直處于領先地位,但是近幾年隨著市場競爭的愈發激烈,英特爾逐漸失去了很多優勢。

技術創新層面遭遇的危機也蔓延至他們的財務數據上,從2020年Q1到2021年Q3,英特爾凈利潤連續3個季度下滑;而歷來作為數據中心市場的絕對王者,英特爾這一業務板塊的收入也在三個季度內持續下降。

2021年5月,權威市場調研機構IC Insight發布的《2021年Q1全球Top15半導體公司業績與排名》指出,英格爾雖然位列第一,但卻是所有廠商中唯一一家營收下滑的企業。

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為此,英特爾開始重振旗鼓,表示在2025年之前重返產業巔峰。為了達到這一目標,英特爾在芯片制程方面可謂是下足了功夫。

英特爾在芯片制造領域將迎來十年來的首個新設計:放棄了FinFET工藝,轉向了GAA晶體管。

與FinFET不同的是,在FinFET中,較高電流需要多個并排的鰭片;GAA晶體管的載流能力主要是通過垂直堆疊幾個納米片(上圖),而柵極材料主要是包裹在溝道周圍來提高的。納米片的尺寸可以按比例縮放,以便晶體管可以按照要求的特定性能進行調整。

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另外制定了和高通聯手打造芯片這個大膽的計劃,今年5月的時候帕特·基辛格還表示,英特爾要在技術上超越臺積電,并為此要升級墨西哥的Fab 11X工廠。該工廠于1996年建成,主要生產45納米和32納米制程,在芯片領域屬于中低端產品,升級后很可能會成為上文提到的20A產品生產線。

2010年后,英特爾平均每5年開設一個新處理器芯片工廠 —— 從2010年到2021年,英特爾僅建造了兩個處理器芯片工廠:Fab 42和D1X。而帕特·基辛格上任還不到半年,就宣布 2023 年將要建成位于愛爾蘭的 Fab 34 以及 Fab 11X。



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關鍵詞: 英特爾 制程

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