亮劍精尖製造 英特爾前沿已觸及3nm工藝

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2017-09-20 05:01:00 作者:尹航

「老虎不說話,當我們是病貓!」

這是英特爾公司全球副總裁、兼中國區總裁楊旭在英特爾精尖製造日媒體群訪環節中的一句話,調侃中不難看出十足的底氣和霸氣。

英特爾公司全球副總裁、兼中國區總裁楊旭

眾所周知,英特爾是全球半導體行業的領軍者。

然而近些年來,英特爾著力於企業轉型,在大數據、物聯網、無人駕駛、5G、人工智慧等領域頗有建樹,卻很少再談及尖端製造、製程工藝、摩爾定律等自身最擅長的領域。

再加上近兩代酷睿處理器架構更新進度放緩、性能提升幅度不足等影響,使得用戶對英特爾在製程方面是否還處於行業領先地位產生了懷疑。

2017年9月19日,英特爾精尖製造日活動在北京拉開帷幕。

英特爾公司執行副總裁兼製造、運營與銷售集團總裁Stacy Smith;英特爾高級院士、技術與製造事業部製程架構與集成總監Mark Bohr;以及英特爾公司技術與製造事業部副總裁、英特爾晶圓代工業務聯席總經理Zane Ball三位英特爾尖端製造方面最有發言權的權威專家出席了本次活動,並做了幹活十足的主題演講分享。

從大眾最關心的摩爾定律是否失效問題;到英特爾14nm、10nm工藝對比友商工藝的先進性;再到前沿技術項目的研究,以及英特爾接下來的代工戰略,全方位展示了英特爾在尖端製造方面深厚的技術積累,以及未來的發展潛力。

那麼在本次活動過程中究竟有哪些亮點呢?我們不妨一起來梳理一下。

·摩爾定律是否失效?

本次精尖製造日上午的主題演講中,三位英特爾發言人都提及了摩爾定律是否失效的問題。

簡而言之,摩爾定律在英特爾看來並未失效,而且將在未來依然持續前行。

近年來,不斷有聲音表明摩爾定律不再重要了,並認為它純粹是一個技術問題,或者只是幾家巨頭間的競賽。

還有人說,除了某幾個特定領域,遵循摩爾定律已讓成本太過高昂。

更有人說,摩爾定律已死。

不過在Stacy Smith(英特爾公司執行副總裁兼製造、運營與銷售集團總裁)眼中,摩爾定律依然至關重要。

首先,摩爾定律使計算得以普及,而它並非是純粹的技術問題,其實是一個非常強大的經濟學定律。

按照特定節奏推動半導體製造能力的進步,就可以降低任何依賴於計算的商業模式的成本,這是摩爾定律的關鍵所在。

比如用一平方公里的土地養活所有地球人;再比如只需一加侖汽油,即可讓汽車行駛相當於地球和太陽之間的距離。

這都可以用摩爾定律的含義所詮釋。

以英特爾為例,雖然14nm開始戰線被拉長,但從14nm到14nm+再到14nm++,以及未來10nm製程節點上的10nm+和10nm++,都在縮減晶片體積的情況下做到了電晶體密度的提升,並且實現了成本的節約。

正如Mark Bohr博士所言,英特爾的Tick-Tock戰略雖然在產品端逐漸失效,但是在底層技術層面,英特爾依然堅守這一戰略,而它,正是摩爾定律最好的體現。

·10nm晶圓全球首次亮相

在8月份第八代酷睿處理器發布的同時,英特爾也正式公布了10nm製程工藝節點的進展。

並相繼披露了Cannon Lake、Coffee Lake以及Ice Lake三代10nm製程工藝處理器的信息,這在以往是前所未有的舉措。

2017年9月19日,英特爾在精尖製造日活動上首次帶來了10nm晶圓的「真身」,這也是英特爾10nm晶圓的全球首次亮相。

同時,英特爾也公布今年年底將正式投產基於10nm製程技術的處理器。

此外,英特爾以往在技術型會議活動中很少會拿友商做對比,但這一次,英特爾針對自身14nm/10nm製程工藝的技術細節,與包括台積電、三星在內的同級別製程工藝做了詳細對比。

以10nm為例,英特爾10nm FinFET擁有世界上最密集的電晶體和最小的柵極間距,實現了業內最高密度的電晶體集成。

英特爾的10nm製程技術能夠達到每平方毫米超過1億枚電晶體的集成,而三星為5160萬,台積電為僅為4800萬,差距非常明顯。

10nm晶圓首次亮相

·重塑電晶體密度指標

看到這裡,有朋友必然會產生疑問。

同為10nm,電晶體集成密度為何相差如此之大?

近些年來,也許是因為製程進一步微縮變得越來越困難,一些公司背離了摩爾定律的法則。

即使電晶體密度增加很少,或者根本沒有增加,但他們仍繼續為製程工藝節點命新名,結果導致這些新的節點名稱根本無法體現位於摩爾定律曲線的正確位置。

因此從行業角度來看,標準化的電晶體密度指標就顯得尤為重要。

過去,柵極距(柵極寬度再加上電晶體柵極之間的間距)乘以最小金屬距(互連線寬度加上線間距)的計算方式一度成為標準化指標,但是這樣的計算脫離了邏輯單元的設計,而邏輯單元設計才會影響真正的電晶體密度。

本次精尖製造日的主題演講環節中,Mark Bohr博士重新啟用曾經流行但一度「失寵」的一個計算公式,它基於標準邏輯單元的電晶體密度,並包含決定典型設計的多個權重因素。

儘管任何設計庫中都有很多標準單元的選擇,但是我們可以拿出一個普及的、非常簡單的單元——2輸入NAND單元(4個電晶體),以及一個比較複雜、但也非常常見的單元:掃描觸發器(SFF)。

這能夠推導出之前被接受的電晶體密度測量公式:

0.6

x

NAND2電晶體數量

+

0.4

x

掃描觸發器電晶體數量

=

電晶體數量/平方毫米

NAND2單元面積

掃描觸發器單元面積

通過採用這個計算公式,行業可以理清製程節點命名的混亂狀況,從而專心致志推動摩爾定律向前發展。

邏輯電晶體密度公式

·開放代工、22FFL技術致力移動與物聯網設備發展

此前,英特爾開放代工就已甚囂塵上。

本次精尖製造日,英特爾正式公布了開放代工戰略。

並將最強的22nm FL、14nm FET、10nmFinFET,以及面向移動領域、物聯網領域的22FFL技術向中國開放。

相對於台積電、三星來說,英特爾14nm/10nm製程技術的各項指標均超越另外兩家同級別製程工藝。

在鰭片間距、柵極間距、最小金屬間距、邏輯單元面積等幾個主要參數中,英特爾的14nm製程工藝與三星目前的10nm相當。

英特爾全球性的晶圓廠、封裝/測試工廠分布

除了技術優勢之外,英特爾在產業鏈上也有「先天」優勢。

在全球範圍內,過去15年里矽半導體技術企業越來越稀缺,擁有領先邏輯晶圓廠的公司數量已經越來越少,目前只剩4家,且僅有2家有一體化的器件生產能力。

而英特爾全球性的晶圓廠、封裝/測試工廠分布,展現了英特爾堅實的全球製造實力。

根據專業調研機構數據顯示,2010年-2016年期間,高端晶圓代工市場複合增長速度為14%,2016年市場規模達到230億美元,同時市場規模還將不斷增長。

面對這樣的機遇,英特爾開放代工就是水到渠成的事情了。

·發布64層3D NAND固態硬碟

雖然本次活動是一次尖端技術的盛宴,但英特爾也在活動期間發布了一款64層3D NAND固態硬碟,專為數據中心提供可靠、穩定、快速的數據存儲環境。

面向數據中心的64層3D NAND固態硬碟

時下,我們正處於一個數據洪流爆發的時代。

IoT的興起使得數據生產從人為主導變成物為主導。

過去,人上網產生的數據量每天最多幾個GB,而如今,物上網產生的數據量,每天都在以幾何倍數增長。

到2020年,每天的數據量將達到44ZB!

數據洪流推動IC創新

英特爾CEO科再奇曾說,「數據是未來的石油」。

其實仔細看看我們的身邊,以數據創造價值的時代業已來臨。

而大量數據的產生,對於計算力、對於存儲力、對於通信技術都有了更為嚴苛的要求。

·著眼前沿領域研究,為未來奠定基石

除了固有技術領域的呈現,英特爾也在本次精尖製造日活動中,十分罕見的展現了對於前沿領域的研究和拓展。

在製程方面,英特爾投產中的技術包括45nm、32nm、22nm以及14nm。

開發中的技術包括10nm以及7nm。

而前沿研究領域已經觸及到了5nm和3nm。

此外,在5nm以及3nm製程工藝節點的研究方面, 英特爾也開始了相關前沿技術的探索。

包括能夠實現低漏電、更高凈電流的納米線電晶體技術;全新的III-V材料電晶體技術;3D堆疊技術;密集內存、密集互聯技術;EUV(極紫外光刻Extreme Ultraviolet Lithography)圖案成形技術;神經元計算以及自旋電子學等等。

這些前沿技術領域的探索,在推進更低製程工藝落地的進程上是不可或缺的過程。

英特爾的前沿研究項目

·結語

近年來,英特爾在PC處理器性能上的「駐足不前」,給大眾留下了「擠牙膏」的印象。

然而如果深究底層技術的話就會發現,英特爾在技術儲備和積累方面,依然走在業界前沿。

許久不談尖端製造的英特爾,給我們帶來了一場技術盛宴。

製程工藝的差異、電晶體密度指標的標準化、開放代工的技術優勢等等,完整的呈現在了我們面前。

此外,在對前沿技術的探索上,英特爾也依然矢志不渝……


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