【英特爾:窮盡元素周期表之前,摩爾定律不會失效】“這次發布的訊息都很具體,還有先進的數據指標支撐,彰顯出我們技術迭代的步伐在加快,與產品的關聯也很緊密。”7月27日,英特爾公司舉行了“英特爾加速創新:制程工藝和封裝技術線上發布會”,公布了其有史以來最詳細的制程工藝和封裝技術路線圖,展示了一系列底層技術創新,而這些技術將不斷驅動其從現在到2025年乃至更長遠未來的新產品開發。談及對此次發布會的感受,英特爾中國研究院院長宋繼強向《中國科學報》記者如是表示。

作為半導體產業最重要的法則之一,摩爾定律還將在多長時間內有效?當天,英特爾公司CEO帕特·基辛格也給出了肯定的答案:“摩爾定律仍在持續生效。對於未來十年走向超越‘1納米’節點的創新,英特爾有著一條清晰的路徑。我想說,在窮盡元素周期表之前,摩爾定律都不會失效,英特爾將持續利用矽的神奇力量不斷推進創新。”

△ 全新的命名體系

1965 年,英特爾聯合創始人戈登·摩爾提出了著名的摩爾定律:當價格不變時,集成電路上可容納的元器件的數目,每隔18~24個月便會增加一倍,性能也將提升一倍。50多年來,該定律一直推動著半導體行業的發展。

然而,隨著技術的不斷演進,摩爾定律遭遇了嚴峻挑戰,對於“後摩爾時代”的探討也成為學術界和產業界熱衷的話題。

摩爾定律的大旂還能抗多久?在此次發布會上,英特爾用從Intel 7、Intel 4 Intel 3到Intel 20A等重要制程節點的創新給予了回答,而其核心目標是每瓦性能的提升。

“對於未來半導體產品來說,PPA,即performance(性能)、power(功耗) 和 area(面積)是三個非常重要的指標,代表著產品的競爭力。如果把每瓦性能作為一個核心指標來看,我們幾個制程節點的名稱演進就是按照這樣一個邏輯在向前推進的。”宋繼強說。

目前業界在演繹制程工藝的進步時,通常以納米為單位。然而,在英特爾看來,從1997年開始,基於納米的傳統制程節點命名方法,就不再與晶體管實際的柵極長度相對應。如今整個行業使用著各不相同的制程節點命名和編號方案,而這些多樣的方案既不再指代任何具體的度量方法,也無法全面展現如何實現能效和性能的最佳平衡。“因此,這次我們為制程節點引入了全新的命名體系,創建了一個基於關鍵技術參數——包括性能、功耗和面積等的新命名體系,以幫助客戶對整個行業的制程節點演進建立一個更加准確的認知。”宋繼強說,從上一個節點到下一個節點命名的數字遞減,反映了對這些關鍵參數改進的整體評估。

此外,他表示,隨著行業越來越接近“1納米”節點,英特爾改變命名方式,也是希望能更好地反映全新的創新時代。具體而言,在Intel 3之後的下一個節點被命名為Intel 20A,這一命名反映了向新時代的過渡,即工程師在原子水平上製造器件和材料的時代——半導體的埃米時代。

△ 每年前進一小步

此前,英特爾的芯片技術發展戰略被稱為“Tick-Tock”模式,其內涵是工藝提升和微架構革新隔年交替進行。而從14納米開始,這一周期被進一步拉長。不過,此次披露的制程技術路線圖則顯示出英特爾未來的步伐會加快。

據介紹,通過FinFET晶體管優化,Intel 7每瓦性能將比英特爾10納米SuperFin提升約10%~ 15%,優化方麵包括更高應變性能、更低電阻的材料、新型高密度蝕刻技術、流線型結構,以及更高的金屬堆棧實現布線優化。其將應用於2021年推出的面向客戶端的Alder Lake,以及預計將於2022年第一季度投產的面向數據中心的Sapphire Rapids。

而與Intel 7相比,Intel 4的每瓦性能將提高約20% 。此外,它還將是首個完全采用下一代極紫外光刻(EUV)技術的英特爾FinFET節點。Intel 4將於2022年下半年投產,2023年出貨,產品包括面向客戶端的Meteor Lake和面向數據中心的Granite Rapids。

較之Intel 4,Intel 3將在每瓦性能上實現約18%的提升,並在更多工序中增加EUV的使用。Intel 3將於2023年下半年開始生產相關產品。

英特爾高級副總裁兼技術開發總經理Ann Kelleher斷言:“憑借RibbonFET和PowerVia兩大開創性技術,Intel 20A將成為制程技術的另一個分水嶺。”

宋繼強介紹,PowerVia是業界首個背面電能傳輸網路,它可以消除晶圓正面的供電布線需求,優化信號布線,同時減少下垂和降低幹擾。而RibbonFET是英特爾研發的Gate All Around晶體管,是公司自2011年率先推出FinFET以來的首個全新晶體管架構,可以提供更快的晶體管開關速度,同時以更小的占用空間實現與多鰭結構相同的驅動電流。Intel 20A預計將在2024年推出。

宋繼強還向記者透露,2025年以後,還將有Intel 18A問世。屆時,RibbonFET技術將進一步得到提升。

基於上述技術演進計劃,帕特·基辛格頗有信心地宣布,“我們正在加快制程工藝創新的路線圖,以確保到 2025 年制程性能再度領先業界”。

△ 日益重要的封裝

今年3月23日,帕特·基辛格通過全球直播的方式,公布了英特爾IDM 2.0戰略的願景,即通過製造、設計和交付領先產品,為合作夥伴創造長期價值。英特爾同時宣布了生產製造擴張計劃——在美國亞利桑那州投資約200億美元新建兩座晶圓廠。此外,該公司計劃成為代工廠商,面向全球客戶提供服務。

隨著IDM 2.0戰略的實施,封裝對於實現摩爾定律變得更加重要。此次發布會上,英特爾對先進封裝路線圖提出了如下計劃。

Sapphire Rapids將成為采用EMIB(嵌入式多芯片互連橋接)批量出貨的首個英特爾至強數據中心產品。它也將是業界首個提供幾乎與單片設計相同性能的,但整合了兩個光罩尺寸的器件。繼Sapphire Rapids之後,下一代EMIB的凸點間距將從55微米縮短至45微米。

此外,Foveros將利用晶圓級封裝能力,提供史上首個3D堆曡解決方案。Meteor Lake是在客戶端產品中實現Foveros技術的第二代部署。該產品將具有36微米的凸點間距,不同晶片可基於多個制程節點,熱設計功率范圍為5-125瓦。

而Foveros Omni則將開創下一代Foveros技術,通過高性能3D堆曡技術為裸片到裸片的互連和模塊化設計提供更多的靈活性。Foveros Omni允許裸片分解,將基於不同晶圓制程節點的多個頂片與多個基片混合搭配,預計將於2023年用到量產的產品中。

Foveros Direct則會實現向直接銅對銅鍵合的轉變。它可以實現低電阻互連,並使得從晶圓制成到封裝開始,兩者之間的界限不再那麼截然分明。Foveros Direct將實現10微米以下的凸點間距,使3D堆曡的互連密度提高一個數量級,為功能性裸片分區提出新的概念。“這在以前是無法實現的。”宋繼強說,Foveros Direct是對Foveros Omni的補充,預計也將於2023年用到量產的產品中。

宋繼強強調,雖然英特爾在沿著制程和封裝兩個方向不斷突破,但這些技術在產品開發中是可以混合搭配使用的。“我們希望越早把這些技術應用到給客戶的產品當中越好,可能在2023年我們就會把一些技術混合在一些客戶的產品當中做試驗了。”http://t.cn/A6IhuHKr

更多學習動態

全站最新消息

d