darthracer 发表于 2024-4-7 23:38

Intel在IFS Direct Connect 2024重申借先进制程持续推进摩尔定律

Intel总部附设的博物馆展示了摩尔定律的说明与当年文章的副本。摩尔定律虽然只是对产业的预测而非物理法则,但也准确描述、预测并推动半导体产业75年的发展(包含摩尔定律发布之前)。Pat Gelsinger通过4年5节点计划持续追赶摩尔定律。4年5节点计划的进展相当顺利,并预计于2024年第二季开放Intel 18A节点的完整产品设计(Full Product Design)。在Intel 20A制程节点导入RibbonFET采用全新半导体结构,能较FinFET结构大幅改善电气特性。RibbonFET能扩大闸极表面积并立体堆栈,可以提高晶体管开关速度,并降低占用芯片的面积。(图中黄色方框代表RibbonFET,蓝色方框代表FinFET)PowerVia则可改善芯片内信号传输品质,达到提高时脉的效果。左图为传统芯片构造,电力与信号线路都在晶体管上方。右图为PowerVia,将电力线路移至晶体管下方。左图的传统芯片容易造成高速信号传输的瓶颈(红色线路)。右图的PowerVia则可缓借此状况。PowerVia的关键技术之一为使用线径为目前TSV细500倍的Nano TSV。



Intel在IFS Direct Connect 2024芯片代工大会重申将完成4年5个制程节点的先进制程开发计划,并说明自家先进封装的优势。

由Intel研发团队出身的Pat Gelsinger在回任首席执行官职位之后,充分展现他对公司开国元老之一Gordon Moore的崇敬,以及追寻由他所提出的摩尔定律。

摩尔定律的起源为1965年4月19日时任Fairchild Semiconductor(仙童半导体公司)工程师的Gordon Moore,受邀应纪念《Electronics Magazine》(电子学)杂志出版35周年所发布的文章,预测半导体芯片上的晶体管数量将每年增加1倍。而他在1975年将此预测修正为每2年增加1倍。







有别于过去Intel在14纳米与10纳米制程节点“百炼成钢”的精神,Pat Gelsinger于2021年宣布了大刀阔斧的4年5个制程节点(5N4Y)先进制程路线计划,在4年之内推出

等5个制程节点,每个制程皆有其特色与预计要量产的产品线,企图追赶与芯片制造、代工竞争对手的进度落差。

Intel 7由原先的Intel 10纳米节点的FinFET(鳍式场效晶体管)结构为基础,优化后可提升电力效率约10%~15%,意即在相同功耗(每消耗1W电力)的情况之下,带来额外10%~15%的性能增益,已使用在2021年推出代号为Alder Lake的第12代Core i处理器,以及2023年第一季量产代号为Sapphire Rapids的服务器用Xeon可扩展式处理器。

而Intel 4则是全面使用极紫外光(EUV)微影技术,通过超短波长的光缩小蚀刻图案,进而达到微缩制程的效果,除了可以提升芯片的晶体管密度与面积效率(单位面积所能带来的性能表现),也提升约20%电力效率。已率先应用于2023年12月推出代号为Meteor Lake的1系列Core Ultra处理器的运算模块(Compute Tile)。

Intel 3将持续以FinFET结构为基础进行优化,并提高EUV的使用比例,达到提升面积效率的功效,相较Intel 4能够提供约18%的电力效率增长幅度。将应用于预计在2024年推出代号分别为Sierra Forest和Granite Rapids的Xeon处理器。

到了Intel 20A制程节点,尺度将由纳米挺进至埃米(Angstrom,1纳米等于10埃米),并导入RibbonFET与PowerVia等2项突破性技术。

RibbonFET为Intel实例环绕式闸极(GAA,Gate All Around)晶体管结构的成果,将原本FinFET的闸极仅有3面控制的结构改进为可由4面控制,能够在较小的面积其中堆栈更多鳍片,于相同的驱动电流提供更快的晶体管开关速度,有利于进一步微缩制程并提升晶体管密度,是自2011年推出FinFET后,首次全面更新晶体管架构。

PowerVia则为Intel独家研发,并首次于业界实例的背部供电,借由将供电线路由芯片正面转移至背面,改善芯片内信号传输品质,有利于在微缩制程的同时保持高速传输的能力。

Intel 18A节点将以Intel 20A的RibbonFET为基础进行优化,并导入高数值孔径EUV(High NA EUV)曝光技术,预期将获得业界首套量产工具,并为晶体管带来另一次的重大性能提升。















由于目前芯片制程节点的命名方式已经与闸极长度脱轨,变得没有实际物理意义,因此相较于使用“几纳米”比较芯片制程的先进程度,不如回到Performance(性能)、Power Efficiency(电力效率)、Area(面积,越小越好)、Cost(成本)等“PPAC”指标进行衡量,更能反映实际优劣。
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