英特爾高級院士Mark Bohr：10年內看不到摩爾定律終點

—— 英特爾高級院士Mark Bohr

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隨著CMOS矽工藝尺寸越來越小，有關矽CMOS工藝什麼時候接近物理極限，從而導致摩爾定律不再成立的爭論最近在業內不絕於耳，10年前有業內權威人士說7nm將是CMOS矽工藝的物理極限，今天又有人說3nm是物理極限。

在我們這些媒體記者眼裡，CMOS矽工藝物理極限一直在不斷被突破。

2017年9月19日，一直在業內低調不發聲的英特爾終於開始發威了，在北京瑰麗酒店舉辦的「領先·無界」英特爾精尖製造日活動上，挾英特爾最新10nm工藝電晶體密度超出三星和台積電（TSMC）2倍以上之威，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公開說：「今天我還看不到摩爾定律的終點在哪。

20年前，業內權威人士說，摩爾定律至少還可維持10年；10年前，業內權威人士又說，摩爾定律至少還可維持10年；今天，我仍要說，摩爾定律至少還可以維持10年。

」

圖1：英特爾最新10nm CMOS工藝比競爭友商10nm技術領先了整整一代

圖2：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

英特爾最新宣布的10nm製程工藝不僅擁有全球最密集的電晶體和金屬間距，還首次採用了超微縮技術，這兩大優勢保證了英特爾在電晶體密度指標上的領先性。

英特爾執行副總裁兼製造、運營與銷售集團總裁Stacy J. Smith說：「我們最新的10nm製程工藝比競爭友商的10nm技術領先了整整一代，並將於今年下半年進入量產階段。

」

英特爾最新10nm製程工藝所取得的成就告訴我們，摩爾定律還在繼續發揮著作用，而且實現摩爾定律的方法也不單單依靠工藝尺寸減小帶來的電晶體尺寸縮小，還可以依靠其它的設計技術，如英特爾獨特的超微縮技術。

Mark Bohr表示：「我們目前已經在開發7nm製程工藝，5nm和3nm工藝技術則還在理論研究階段。

至少在我們可看見的時間段內，半導體產業還無法去忽視摩爾定律所帶來的經濟性，也就是說，你在一個晶片上生產的電晶體數量越多，經濟性就越高，晶片生產成本就越低。

這個摩爾定律現在你還不能夠忽略。

」

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除了採用更大的晶圓和更小的工藝尺寸進行晶片製造以外，將不同die集成在一個晶片封裝上的SiP技術也是目前業界通常採用的降低晶片成本的一個方法。

Mark Bohr透露：「其實英特爾目前也正在探索多晶片封裝的技術路線，有的可能是現在就可以用的，有的更多地是針對未來的應用。

目前英特爾的多晶片封裝技術也有兩種，第一種是傳統的晶片封裝技術，第二種是我們正在討論的EMIB封裝技術，這是一種嵌入式的互聯橋接技術，它既可以都是英特爾自己的晶片，也可以是把其他廠商的晶片封裝在一起。

第三種是未來的晶片封裝技術，我們正在探索的是把不同的晶片以3D堆疊的方式封裝起來。

」

他說，當然，可能未來會發展到這樣一個階段，單純的只是在一個製程技術上集成更多晶片也已經不夠用了，這個時候我們就要考慮將基於不同製程技術的異構晶片集成在一個封裝里。

今年英特爾晶圓製造事業部選擇在北京高調亮相，主要目的是想告訴中國乃至全球市場，英特爾要開始對外承接晶片代工業務了，而且代工水平要遠遠高出三星和TSMC，中芯國際就更不要說了。

上海展銳已經藉助英特爾14nm FinFET工藝成功生產了9861和9853基帶晶片，展銳董事長李力游博士非常滿意，這次也親自到北京為英特爾站台背書。

為了吸引中低端物聯網晶片供應商，英特爾這次還特別推出了22FFL納米工藝平台，這是一種大眾化FinFET工藝，既具備卓越的集成能力，又可以滿足客戶對快速上市時間和高性價比設計的要求。

Mark Bohr表示：「22FFL大眾化FinFET工藝平台非常適合高度集成、對成本敏感的產品，且對高性能和低功耗有較高要求的IOT晶片客戶。

22FFL工藝的漏電流是22GP工藝的5百分之一，特別適合IOT終端市場要求。

這並不容易實現，我們克服了極大的困難和挑戰，才實現了這樣低的一個漏電性能。

」

而且，Mark Bohr說，英特爾最新的工藝技術都不會拿客戶做白老鼠，到目前為止，新工藝的首款產品一定都是英特爾自己的產品。

事實上，不管是14納米還是10納米FinFET製程工藝，其本身會有一些衍生品。

也就是說，對於同一個製程技術，我們還會推出一些優化的增強功能或技術，事實上有很多的優化需求都是由我們新一代工藝的代工客戶提出來的。

這些優化工藝其實是為了更好地支持這些客戶而做的改進，我們也非常願意這樣去做。

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未來有可能在IOT晶片製造市場上對22FFL FinFET工藝平台構成挑戰的是FD-SOI工藝平台，不過，很顯然，英特爾對Global Foundry看好的FD-SOI工藝並不感冒。

「首先，FDSOI是一種全耗盡的SOI製程工藝，事實上英特爾研究這個SOI製程工藝已經有很多年的時間了。

我們認為FDSOI工藝目前技術並不是非常的成熟，而且是一種未經證實的製程技術，而22FFL已經被證明是可以量產的製程技術。

」Mark Bohr指出，「其次，還有一個方面22FFL明顯優於FDSOI。

FDSOI需要的襯底是非常昂貴的，目前只有少數的一些生產廠能夠去生產，而且它生產起來成本高，風險也非常高。

最後，用FDSOI做設計的時候要求去控制電晶體的體偏壓，這在設計上造成了一定的難度，而22FFL在設計上是非常容易的，非常方便的。

總而言之，22FFL工藝在電晶體的密度、整體處理器的性能水平、以及整個解決方案的設計上都是優於FDSOI的，成本方面，兩者應該差不多。

」

至於目前業界越炒越熱的「超越摩爾」概念，實際上其英文原文是「More Than Mooer」，準確的翻譯應該是「摩爾以外」。

今天的摩爾定律主要針對的是用CMOS工藝開發的數字晶片，但「超越摩爾」主要指的是用SiP技術將MEMS傳感器、RF電路、光學元件、生物元件等不同工藝領域晶片封裝在一起。

Mark Bohr表示：「超越摩爾現在的概念，實際上就是我們所說的異構晶片。

至於未來是否會超越CMOS，我們認為還是需要一定的時間，目前CMOS的超微縮技術還有很大的發展空間，所以我們近期不會看到有這種需求要去切換到超越CMOS的技術，如III-V族半導體材料和Tunnel FET。

但是英特爾在積極的準備超越CMOS時代的到來，我們認為從技術角度來說，這是非常具有挑戰性的。

」

III-V族半導體材料能夠實現更好的傳導特性，原來可能工作電壓需要0.7，但是現在傳導性更好，只需要0.6伏的工作電壓，這能夠實現功耗的降低。

Tunnel FET更厲害，它的工作電壓閥值可以做到更低，工作電壓可以進一步降到0.3或0.4V，而且可以實現更低的靜態電流和漏電。

與MOSFET相比，Tunnel FET是一個結構完全不一樣的、工作原理也完全不一樣的器件。

當然，半導體製造行業的發展，絕對不是一家公司之力就可以獨立推動的。

英特爾未來與三星、TSMC、Global Foundry等代工廠的關係，依然還是一個合作加競爭的關係。

簡單舉兩個例子：第一，在晶圓方面，未來一定會從300mm晶圓向450mm過渡，這個就不是英特爾一家能夠獨立推動的，未來必須是英特爾、台積電、三星、Global Foundry等一起聯合起來推動才有可能實現。

第二，在先進的光蝕刻工具方面，比如EUV，雖然英特爾已經做了20多年，但這也不是英特爾一家的資金能夠做到的。

因此，只有合作的態度而不是完全競爭的態度才能夠推動整個IC行業的發展。