解讀英特爾的新工藝與產(chǎn)品規(guī)劃的背后

上周，英特爾做出了一些重大的改變，涉及即將推出的產(chǎn)品以及未來(lái)對(duì)公司制造業(yè)務(wù)的改進(jìn)將如何進(jìn)行。這些變化將對(duì)我們今后談?wù)撚⑻貭柈a(chǎn)品的方式產(chǎn)生重大影響。

幾十年前，有一個(gè)行業(yè)團(tuán)體負(fù)責(zé)定義每個(gè)新的光刻節(jié)點(diǎn)的特征，并就新節(jié)點(diǎn)的含義達(dá)成共識(shí)。以納米命名節(jié)點(diǎn)的實(shí)際做法（45nm、32nm、28nm等）這多年來(lái)已經(jīng)脫離了任何客觀的衡量標(biāo)準(zhǔn)。如今，臺(tái)積電、英特爾和三星都對(duì)什么是特定的“節(jié)點(diǎn)”有不同的標(biāo)準(zhǔn)。臺(tái)積電的16nm FinFET工藝保留了許多與20nm節(jié)點(diǎn)相同的尺寸，但增加了FinFET。然后，12nm是16nm的進(jìn)一步完善，但它沒(méi)有提供從20nm到12nm數(shù)字減少所意味著的密度改進(jìn)。公司之間的這些差異就是為什么我們經(jīng)常會(huì)說(shuō)，英特爾的14nm與臺(tái)積電的10nm更類(lèi)似，而其10nm與臺(tái)積電的7nm更類(lèi)似。

英特爾用于表明節(jié)點(diǎn)改進(jìn)的新方法承認(rèn)了這一事實(shí)。該公司將從未來(lái)的節(jié)點(diǎn)中去掉“nm”，而只用數(shù)字來(lái)稱(chēng)呼它們，Intel 7、Intel 4，依次類(lèi)推。A代表“Ångström（埃米）”，這是低于納米的測(cè)量單位。1埃米=100皮米（picometer），1納米=1000皮米。

以前的節(jié)點(diǎn)仍將以其原來(lái)的命名法來(lái)稱(chēng)呼。Tiger Lake仍然被認(rèn)為是建立在英特爾的10nm工藝上。然而，當(dāng)Alder Lake推出時(shí)，其“Enhanced SuperFin”將不會(huì)被標(biāo)記為10nm++，或+++，或其他什么，它將建立在英特爾7nm之上。英特爾7nm技術(shù)，當(dāng)它到來(lái)時(shí)，將被稱(chēng)為Intel 4。目前還不清楚Intel 3是否代表精制7nm節(jié)點(diǎn)或5nm，但精制7nm似乎更有可能。英特爾的7nm預(yù)計(jì)在2022年出樣，2023年批量出貨，而Intel 20A的“突破”預(yù)計(jì)在2024年上半年。這可能表明一種兩級(jí)方法，即Intel 3是Intel 4的改進(jìn)和拋光版本，但不是一個(gè)新節(jié)點(diǎn)。英特爾也可能首先為移動(dòng)設(shè)備推出20A，而將主機(jī)芯片保留在舊節(jié)點(diǎn)上，正如它自2014年Broadwell首次亮相以來(lái)所做的那樣。

將節(jié)點(diǎn)重新命名為一個(gè)無(wú)尺寸的數(shù)字對(duì)我們來(lái)說(shuō)沒(méi)有問(wèn)題。像“7nm”這樣的指標(biāo)本質(zhì)上已經(jīng)是無(wú)尺寸意義的了。在數(shù)字后面加上“nm”，好像節(jié)點(diǎn)名稱(chēng)和指標(biāo)之間有什么關(guān)系一樣，這很讓人困惑，并鼓勵(lì)人們相信這種關(guān)系存在。

根據(jù)英特爾的說(shuō)法，其新的節(jié)點(diǎn)名稱(chēng)是基于每瓦特性能的相對(duì)改善，而不是原始性能。目前，節(jié)點(diǎn)名稱(chēng)沒(méi)有明確錨定在任何單一的改進(jìn)指標(biāo)上（性能、功率或面積）。新的節(jié)點(diǎn)一直是代工廠吹噓其制造能力的場(chǎng)合，但是節(jié)點(diǎn)過(guò)渡的具體改進(jìn)對(duì)其本身來(lái)說(shuō)是各自又不同。28nm和20nm之間的巨大差距似乎意味著后者將是一個(gè)主要的節(jié)點(diǎn)，但使用它的公司相對(duì)較少。臺(tái)積電的16nm FinFET（使用與20nm相同的BEOL）是主要節(jié)點(diǎn)。AMD在GF從32nm SOI到28nm平面硅的轉(zhuǎn)變并沒(méi)有對(duì)功耗產(chǎn)生重大的凈影響，盡管節(jié)點(diǎn)數(shù)量減少了4個(gè)單位。臺(tái)積電的5nm比其7nm節(jié)點(diǎn)在性能和功耗方面有適度的進(jìn)步，但它的密度增加高達(dá)1.8倍，而功耗和性能提升在1.15倍-1.2倍之間。

英特爾將在Intel 4（7nm）引入EUV，并在Intel 3擴(kuò)大其使用范圍。在20A，英特爾將引入ribbonFET。這些是目前臺(tái)積電和三星也在研究的納米線和納米片技術(shù)。Intel 3將是該公司最后一次迭代FinFET，英特爾希望到2025年處于“絕對(duì)的領(lǐng)先地位”。Intel 4將是Intel 7的全節(jié)點(diǎn)的縮減。

PowerVia是英特爾用于電力輸送的新技術(shù)。與其在晶體管堆棧的頂部運(yùn)行互連，所有這些電路將移到底部。據(jù)英特爾稱(chēng)，這允許芯片的頂部用于信號(hào)路由，消除電壓下降（相應(yīng)地提高電源效率），并將允許在總體上使用更密集的信號(hào)路由或更快的線速。線速是現(xiàn)代芯片設(shè)計(jì)中延遲的一個(gè)主要來(lái)源，所以這里的改進(jìn)非常有用。

除了PowerVia，英特爾正在開(kāi)發(fā)兩種新的3D互連技術(shù)。Foveros Omni和Foveros Direct。Foveros Omni以銅柱為特色，將電源轉(zhuǎn)移到Foveros堆棧的頂層die，最大限度地減少了這種粘合的TSV負(fù)面影響。Foveros Omni還將使英特爾能夠把建立在不同制造工藝上的不同基礎(chǔ)節(jié)點(diǎn)結(jié)合在一起，并提供25微米的焊接凸點(diǎn)。Foveros Direct允許用10微米的凸點(diǎn)直接進(jìn)行銅-銅鍵合，提高了整體密度。英特爾沒(méi)有透露EMIB（其2.5D橋接互連）是否會(huì)繼續(xù)發(fā)展。

英特爾將在Intel 4時(shí)期引入12層EUV，Intel 3和Intel 20A則未知。英特爾沒(méi)有像一些競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手那樣訂購(gòu)大量的EUV機(jī)器，但它預(yù)計(jì)未來(lái)將部署HIGH-NA EUV機(jī)器。HIGH-NA EUV是Multi-patterned EUV的替代品，有可能英特爾打算在HIGH-NA機(jī)器最終可用時(shí)進(jìn)行更大規(guī)模的EUV采購(gòu)。

英特爾的制造能力增強(qiáng)

英特爾正在通過(guò)這些公告強(qiáng)調(diào)其具有傳統(tǒng)的制造能力。這與該公司在2018年的技術(shù)日所做的類(lèi)似，但要注意的是，2021年底/2022年初將是我們第一次看到英特爾當(dāng)時(shí)宣布的一些技術(shù)，如Foveros。

英特爾對(duì)潛在的代工客戶和終端用戶隱含的論點(diǎn)是，其10nm的麻煩只是其幾十年來(lái)卓越執(zhí)行的偏離，而不是該公司的新常態(tài)。在過(guò)去的30年里，英特爾領(lǐng)導(dǎo)半導(dǎo)體行業(yè)的時(shí)間遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)其落后的時(shí)間。任命Pat Gelsinger這樣的英特爾內(nèi)部人士，是英特爾將自己描繪成回歸本源的戰(zhàn)略的一部分。

但英特爾的目標(biāo)并不僅僅是回到它的輝煌時(shí)代。該公司告訴我們，高級(jí)節(jié)點(diǎn)，明確包括Intel 3和Intel 20A，將提供給其代工客戶。這意味著Foveros、Foveros Omni、Foveros Direct和PowerVia等技術(shù)也將被采用。英特爾希望其客戶將其與卓越的制造聯(lián)系起來(lái)，無(wú)論特定設(shè)備內(nèi)的芯片是否基于x86。為了實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，它需要提供比競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手臺(tái)積電更有競(jìng)爭(zhēng)力的解決方案。

早在20世紀(jì)90年代中期到21世紀(jì)初，英特爾的卓越制造是其長(zhǎng)期成功和x86最終統(tǒng)治CPU市場(chǎng)的關(guān)鍵。臺(tái)積電和三星的能力比那個(gè)時(shí)代的任何RISC CPU制造商都要強(qiáng)得多，而英特爾則處于相對(duì)較弱的地位，但該公司的推出路線圖是積極的。

隨著進(jìn)步變得更加困難，光刻技術(shù)對(duì)每個(gè)節(jié)點(diǎn)的性能、功率和面積改進(jìn)的絕對(duì)貢獻(xiàn)已經(jīng)開(kāi)始下降。英特爾決定在強(qiáng)調(diào)替代互連技術(shù)的同時(shí)，最終轉(zhuǎn)向ribbonFET，就是承認(rèn)了這種趨勢(shì)。我們不知道Foveros、Foveros Omni或Foveros Direct與臺(tái)積電的產(chǎn)品相比如何，但英特爾從其新的互連方法中獲得的任何優(yōu)勢(shì)都可以用來(lái)降低x86的整體功耗，提高性能，或者兩者兼而有之。

英特爾的Meteor Lake在本季度投入使用。Tape-in意味著為Meteor Lake提供IP塊的各個(gè)設(shè)計(jì)小組已經(jīng)將他們的工作提交給最終產(chǎn)品數(shù)據(jù)庫(kù)。這與tape-out不同，后者指的是將完成的設(shè)計(jì)發(fā)送到工廠進(jìn)行生產(chǎn)。Meteor Lake預(yù)計(jì)將在2023年推出，所以離商業(yè)化還有幾年時(shí)間。

[參考文章]

Intel Rebrands Its Future Process Nodes, Updates Roadmap — Joel Hruska