解密英特爾最新制程路線，與主流先進制程有何區(qū)別？

7月27日，英特爾召開制程工藝和封裝技術線上發(fā)布會。會上，英特爾CEO帕特·基辛格表示，英特爾正在通過半導體制程工藝和封裝技術來實現技術的創(chuàng)新，并公布有史以來最詳細的制程工藝和封裝技術發(fā)展路線。

英特爾表示在10月27日的Intel Innovation上還會有更多重要消息放出。

采用全新命名體系

芯片制程工藝節(jié)點名稱是以晶體管的柵極長度來命名，然而現如今整個行業(yè)對于芯片工藝節(jié)點的命名開始多樣化，這些多樣的方案既不再指代任何具體的度量方法，也無法體現如何能夠實現能效和性能的平衡。因此，英特爾從性能、功耗和面積等各方面進行了綜合考慮，對芯片制程工藝采用新的命名體系。

在發(fā)布會上，英特爾公布了未來5年芯片制程的技術路線圖，并采用了新的命名體系，分別是Intel 7（此前稱之為10納米Enhanced SuperFin）、Intel 4（此前稱之為Intel 7納米）、Intel 3以及Intel 20A。

而這一舉動則是為了在制程規(guī)格的名稱上與跟臺積電、三星保持對等關系。

· Intel 7：工藝擁有最佳的FinFET的晶體管，與Intel 10nm SuperFin相比，每瓦性能將提升大約10%~15%。Intel 7的優(yōu)勢包括更高的應變能力、更低的電阻材料、更新型的高密度刻蝕技術、擁有流線型結構以及采用更高的金屬堆棧來實現布線優(yōu)化。據了解，于2021年推出的面向客戶端的Alder Lake，以及預計將于2022年第一季度投產的面向數據中心的Sapphire Rapids將會采用Intel 7工藝。

· Intel 4：將完全采用EUV光刻技術，可使用超短波長的光來刻印極微小的圖樣。與Intel 7相比，Intel 4的每瓦性能將提高約20%。據了解，Intel 4將于2022年下半年投產，2023年出貨，將會應用在面向客戶端的Meteor Lake和面向數據中心的Granite Rapids。

· Intel 3：隨著FinFET技術的進一步優(yōu)化，以及EUV技術使用的不斷完善，將實現與Intel 4相比每瓦性能約18%的提升，在芯片面積上也將會有改進。據悉，Intel 3將于2023年下半年開始在相關產品中使用。

· Intel 20A：在Intel 3工藝后，芯片制程將會越來越接近1納米節(jié)點，進入更微小的埃米時代。因此，Intel 3之后的工藝，英特爾也改變了命名方式，命名為Intel 20A。Intel 20A將憑借RibbonFET和PowerVia兩大突破性技術開啟埃米時代。Intel 20A預計將在2024年推出，且在此制程工藝技術中，英特爾將會與高通公司進行合作。而近期，英特爾也剛剛宣布與高通簽訂協議，將為高通提供代工服務，而這或許也是英特爾向Intel 20A技術邁進的關鍵一步。

實話講，英特爾最有趣且最應該受到關注的產品，毫無疑問是Intel 3之后的Intel 20A。當然，Intel 4將作為第一批應用阿斯麥高數值孔徑（High-NA）極紫外輻射光刻技術（EUV）的處理器也倍受矚目，但象征意義不如Intel 20A。

Intel 20A（5nm）之所以被英特爾稱為歷史上制程技術發(fā)展的下一個分水嶺，是因為它是第一塊應用英特爾兩大“開創(chuàng)性技術”的芯片：

· 替代FinFET的全新晶體管架構 Gate-All-Around（英特爾把它命名為RibbonFET）；

· 能夠解決“互聯瓶頸”的電能傳輸系統(tǒng)PowerVia：是英特爾全新的背面電能傳輸網絡。這是由英特爾工程師開發(fā)的一項獨特技術，也將在Intel 20A中首次采用。

我們知道，現代電路的制造過程從晶體管層M0作為最小層開始。在此之上，以越來越大的尺寸添加額外的金屬層，以解決晶體管與處理器不同部分（緩存、緩沖器、加速器）之間所需的所有布線?，F代高性能處理器的設計中通常有10到20個金屬層，頂層放置外部連接。然后將芯片翻轉（稱為倒裝芯片），以便芯片可以通過底部的連接和頂部的晶體管與外部世界進行通信。

這種傳統(tǒng)的互連技術是在晶體管層的頂部進行互聯，由此產生的電源線和信號線的互混，導致了布線效率低下的問題，會影響性能和功耗。為此業(yè)界轉向了“背面供電的技術”，也就是英特爾所說的PowerVia。

在新的工藝中，英特爾把電源線置于晶體管層的下面，換言之是在晶圓的背面。通過消除晶圓正面的電源布線需求，可騰出更多的資源用于優(yōu)化信號布線并減少時延。通過減少下垂和降低干擾，也有助于實現更好的電能傳輸。

換另一種說法，在全新的設計中，英特爾現在將晶體管置于設計的中間。在晶體管的一側放置了通信線，允許芯片的各個部分相互通信。另一方面是所有與電源相關的連接（以及電源門控）。從本質上講，英特爾轉向了三明治，其中晶體管是填充物。

PowerVia將是業(yè)界首個部署的背面電能傳輸網絡。

英特爾動作不斷

幾十年來，英特爾在芯片制程工藝方面一直處于領先地位，但是近幾年隨著市場競爭的愈發(fā)激烈，英特爾逐漸失去了很多優(yōu)勢。

技術創(chuàng)新層面遭遇的危機也蔓延至他們的財務數據上，從2020年Q1到2021年Q3，英特爾凈利潤連續(xù)3個季度下滑；而歷來作為數據中心市場的絕對王者，英特爾這一業(yè)務板塊的收入也在三個季度內持續(xù)下降。

2021年5月，權威市場調研機構IC Insight發(fā)布的《2021年Q1全球Top15半導體公司業(yè)績與排名》指出，英格爾雖然位列第一，但卻是所有廠商中唯一一家營收下滑的企業(yè)。

為此，英特爾開始重振旗鼓，表示在2025年之前重返產業(yè)巔峰。為了達到這一目標，英特爾在芯片制程方面可謂是下足了功夫。

英特爾在芯片制造領域將迎來十年來的首個新設計：放棄了FinFET工藝，轉向了GAA晶體管。

與FinFET不同的是，在FinFET中，較高電流需要多個并排的鰭片；GAA晶體管的載流能力主要是通過垂直堆疊幾個納米片（上圖），而柵極材料主要是包裹在溝道周圍來提高的。納米片的尺寸可以按比例縮放，以便晶體管可以按照要求的特定性能進行調整。

另外制定了和高通聯手打造芯片這個大膽的計劃，今年5月的時候帕特·基辛格還表示，英特爾要在技術上超越臺積電，并為此要升級墨西哥的Fab 11X工廠。該工廠于1996年建成，主要生產45納米和32納米制程，在芯片領域屬于中低端產品，升級后很可能會成為上文提到的20A產品生產線。

2010年后，英特爾平均每5年開設一個新處理器芯片工廠 —— 從2010年到2021年，英特爾僅建造了兩個處理器芯片工廠：Fab 42和D1X。而帕特·基辛格上任還不到半年，就宣布 2023 年將要建成位于愛爾蘭的 Fab 34 以及 Fab 11X。