在2021 IEEE國際電子器件會議（IEDM）上，英特爾展示了多項技術(shù)突破，完整闡述了其未來技術(shù)的發(fā)展方向。12月14日，針對這些先進(jìn)技術(shù)及其應(yīng)用方向，英特爾副總裁，制造、供應(yīng)鏈和營運集團(tuán)戰(zhàn)略規(guī)劃部聯(lián)席總經(jīng)理盧東暉博士進(jìn)行了全面的解讀。
長期以來，摩爾定律持續(xù)引領(lǐng)著半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)向前發(fā)展，而隨著工藝制程逐漸下探，直至觸達(dá)物理極限，新架構(gòu)、新材料、新封裝逐漸成為延續(xù)摩爾定律的新方向。據(jù)盧東暉博士介紹，英特爾組件研究團(tuán)隊是英特爾乃至業(yè)界先進(jìn)技術(shù)的探路者。這些前沿技術(shù)也是指引英特爾延續(xù)摩爾定律的武器，英特爾有信心于2025年重新奪回制程技術(shù)領(lǐng)導(dǎo)權(quán)。
持續(xù)創(chuàng)新，為延續(xù)摩爾定律注入活力
根據(jù)英特爾披露信息表明，為推進(jìn)摩爾定律延續(xù)，英特爾持續(xù)創(chuàng)新和突破。IEDM 2021上，英特爾組件研究團(tuán)隊發(fā)布了三大關(guān)鍵領(lǐng)域創(chuàng)新，包括晶體管核心微縮技術(shù)、300mm硅晶圓集成氮化鎵基功率器件和硅基CMOS、硅基半導(dǎo)體量子計算。
以CPU為例，晶體管數(shù)量和密度對CPU性能至關(guān)重要。對此，英特爾提出了四點2．5D／3D封裝技術(shù)發(fā)展路線。EMIB技術(shù)采用2．5D嵌入式橋接方案，應(yīng)用于Sapphire Rapids處理器的封裝過程中。Foveros及Foveros Omni技術(shù)則通過高性能3D堆疊技術(shù)，使die－to－die的互連和模塊化設(shè)計更加靈活。Foveros Direct技術(shù)實現(xiàn)了銅對銅鍵合和低電阻互連，將凸點間距縮小至10微米以下，大幅度提高3D堆疊的互連密度。在混合鍵合（hybrid bonding）技術(shù)中，化學(xué)機械拋光和沉積、介電層平面性和翹曲程度都影響著芯片鍵合的效果，憑借前沿技術(shù)應(yīng)用，英特爾將封裝互連密度提升至10倍以上。
另一方面，英特爾逐漸引領(lǐng)摩爾定律進(jìn)入埃米時代，Intel 20A節(jié)點將轉(zhuǎn)向GAAFET（英特爾將其稱為RibbonFET），通過堆疊多個CMOS晶體管，將邏輯微縮提高了30％至50％。針對未來微縮技術(shù)，英特爾克服了傳統(tǒng)硅通道限制，使用2D材料縮短通道長度，從而提高晶體管集成度。
在功率和內(nèi)存方面，英特爾在300mm晶圓上首次集成了氮化鎵基（GaN－based）功率器件與硅基CMOS，同時采用鐵電存儲器（FeRAM），提供2ns低時延讀寫能力和更大的內(nèi)存資源。此外，英特爾還表示，未來量子計算等新技術(shù)將會逐步取代傳統(tǒng)MOSFET晶體管。英特爾已經(jīng)在常溫磁電自旋軌道（MESO）邏輯器件、自旋電子材料研究、300mm量子比特制程工藝流程等方面取得進(jìn)展。
打造設(shè)計、制造、封裝一體化能力
據(jù)盧東暉博士介紹，芯片制造工藝節(jié)點隨著摩爾定律不斷迭代，其組件密度不斷提高，現(xiàn)有功能模塊占用面積逐漸縮小，IP數(shù)量和種類增加，整體芯片成本卻在不斷降低。而當(dāng)前市場應(yīng)用需求對能效和算力需求逐漸提升，芯片封裝逐漸朝著異構(gòu)集成方向發(fā)展。這也意味著晶圓制造和封裝技術(shù)越來越重要。
在芯片制程和先進(jìn)工藝方面，英特爾在14nm時期＋＋＋的迭代升級，以及當(dāng)時10nm工藝遲遲沒有量產(chǎn)，而AMD已經(jīng)推進(jìn)到7nm甚至5nm工藝。因此，英特爾一度被消費市場戲稱為“擠牙膏”。然而，從晶體管密度方面來看，intel 10nm是可以等同于臺積電7nm的。一般而言，業(yè)界將晶體管的柵極長度作為指導(dǎo)晶圓廠命名的方法，而當(dāng)前晶圓廠工藝制程的命名規(guī)則，已經(jīng)不再具備現(xiàn)實意義。較之臺積電與三星，英特爾的命名方式又過于保守。英特爾似乎也終于意識到這一點，今年7月，英特爾公布了全新的節(jié)點命名方法。
新節(jié)點命名方式將10nm Enhanced SuperFin更名為Intel 7，與10nm SuperFin相比，每瓦性能提升約10％至15％。而之前的Intel 7nm則更名為Intel 4，是英特爾首個完全采用EUV光刻技術(shù)的FinFET節(jié)點，預(yù)計2022年下半年量產(chǎn)。Intel 3則取代了原來的7nm＋，延續(xù)FinFET晶體管架構(gòu)，量產(chǎn)計劃在2023年下半年。在3nm工藝節(jié)點上，三星已經(jīng)轉(zhuǎn)向了GAAFET，而英特爾和臺積電仍然堅持在FinFET上繼續(xù)演進(jìn)。而在Intel 20A（A表示埃米“angstrom”）節(jié)點上，英特爾轉(zhuǎn)向了GAAFET晶體管架構(gòu)，并引入了全新的PowerVia技術(shù)，預(yù)計將于2024年推出。
事實上，自英特爾新任CEO帕特·基辛格上任后，已經(jīng)宣布多項重大戰(zhàn)略決策。他強調(diào)，在IDM2．0時代，英特爾將致力于打造設(shè)計、制造、封裝一體化核心技術(shù)能力。在封裝方面，英特爾代工服務(wù)（IFS）結(jié)合領(lǐng)先制程和封裝技術(shù)，持續(xù)為客戶交付世界級IP組合。
寫在最后
一顆芯片的誕生開始于芯片設(shè)計，隨后經(jīng)過光罩制作、制造、晶片分揀、封裝測試，到最后成品出貨，這期間需要花費大量的資金和時間成本。盧東暉博士表示，有足夠的資金和時間，任何企業(yè)都能夠?qū)崿F(xiàn)技術(shù)上的迭代，但摩爾定律說到底仍然是經(jīng)濟(jì)定律，企業(yè)要做的是縮減成本，提高市場競爭力。英特爾技術(shù)團(tuán)隊持續(xù)引領(lǐng)前沿技術(shù)進(jìn)步，為半導(dǎo)體領(lǐng)域引導(dǎo)航向，并持續(xù)為英特爾2025年重回巔峰的目標(biāo)提供驅(qū)動力。
