創(chuàng )新、扎實(shí)而嚴謹的工程,成就“四年五個(gè)制程節點(diǎn)”

今年9月，Intel 4制程節點(diǎn)實(shí)現大規模量產(chǎn)，英特爾重獲制程領(lǐng)先性的“四年五個(gè)制程節點(diǎn)”之旅又按時(shí)抵達了一座里程碑。

近日，英特爾執行副總裁兼技術(shù)開(kāi)發(fā)總經(jīng)理Ann Kelleher為我們講述了這一計劃的“幕后故事”，英特爾是如何按時(shí)穩步推進(jìn)“四年五個(gè)制程節點(diǎn)”計劃的呢？目前，Intel 7和Intel 4已經(jīng)實(shí)現大規模量產(chǎn)，Intel 3即將到來(lái)，實(shí)現約18%的每瓦性能提升，而接下來(lái)的Intel 20A和Intel 18A同樣進(jìn)展順利，在每瓦性能上將比上一個(gè)節點(diǎn)各提升約10%。

創(chuàng )新技術(shù)加持

Ann Kelleher表示，英特爾非常成功地在Intel 4技術(shù)中采用了EUV（極紫外光刻）技術(shù)，并在將這項技術(shù)用于大規模量產(chǎn)前做好了充分的準備。從Intel 4的制造指標的基準來(lái)看，它和EUV非常匹配。EUV不僅可以降低圖案層數，進(jìn)而提升良率（yield），也有助于減少制造的周期時(shí)間和總體成本。

在Intel 3技術(shù)中，英特爾將進(jìn)一步增加對EUV的使用，而在開(kāi)啟埃米時(shí)代的Intel 20A和Intel 18A制程節點(diǎn)上，英特爾還將應用兩項全新的技術(shù)：PowerVia背面供電技術(shù)和RibbonFET全環(huán)繞柵極（GAA）晶體管。這兩項技術(shù)的研發(fā)工作均已完成。

PowerVia實(shí)現了背面供電

其中，PowerVia不僅可以提高芯片的速度和使用頻率，而且在將一部分金屬線(xiàn)移至芯片背面后，它在先進(jìn)封裝層面也有較大潛力。針對業(yè)界較為擔憂(yōu)的背面供電的散熱問(wèn)題，英特爾在過(guò)去兩三年內進(jìn)行了大量創(chuàng )新，提升了PowerVia的熱量管理能力，并正在探索如何將其更好地用于GPU等熱量密度更高的產(chǎn)品中。

扎實(shí)而嚴謹的流程

英特爾公司首席執行官帕特·基辛格曾說(shuō)：“‘四年五個(gè)制程節點(diǎn)’不是搭建空中樓閣，而是一項扎實(shí)且嚴謹的工程，只有這樣我們才能順利到達終點(diǎn)?！盇nn Kelleher介紹，英特爾在開(kāi)發(fā)新制程節點(diǎn)前會(huì )先進(jìn)行早期研究，一些甚至始于六至十年前。之后是探路（pathfinding）階段，會(huì )基本確定早期研究的哪些部分有可能用到最后的制程節點(diǎn)中。接著(zhù)，就是開(kāi)發(fā)階段，根據項目的不同會(huì )花費兩到三年的時(shí)間。最后，會(huì )在試驗生產(chǎn)線(xiàn)制造一定量的芯片，在證明其達到了英特爾的標準后，才會(huì )將制程技術(shù)“轉移”到工廠(chǎng)進(jìn)行大規模生產(chǎn)。

在技術(shù)“轉移”階段，英特爾主要進(jìn)行的是“匹配”工作，設備的匹配，制造流程的匹配，乃至生產(chǎn)線(xiàn)每個(gè)部分的匹配。用于之前的制程節點(diǎn)生產(chǎn)的設備，合適的話(huà)會(huì )沿用，不合適的話(huà)，會(huì )進(jìn)行升級，“一旦我們知道我們有匹配的能力，芯片就會(huì )進(jìn)入生產(chǎn)線(xiàn)”。

此外，在開(kāi)發(fā)新制程節點(diǎn)時(shí)，英特爾還在每個(gè)被認為風(fēng)險較高的地方都制定了應急計劃。例如，英特爾專(zhuān)門(mén)做了一個(gè)測試節點(diǎn)，用于獨立地測試和開(kāi)發(fā)PowerVia，以確保它能被妥善地用于Intel 20A和Intel 18A制程節點(diǎn)。

堅持客戶(hù)至上

Ann Kelleher表示，Intel 18A PDK的0.9版本即將向外部客戶(hù)提供，1.0版本也將按照業(yè)界標準的時(shí)間表推出，確保時(shí)間表與代工廠(chǎng)通常的時(shí)間表一致是英特爾的工作重點(diǎn)之一。

英特爾代工服務(wù)（IFS）客戶(hù)對Intel 18A制程節點(diǎn)的反饋非常積極，一家重要客戶(hù)承諾采用Intel 18A和Intel 3，并支付了預付款，該客戶(hù)發(fā)現英特爾代工服務(wù)為其設計生產(chǎn)的芯片，在功耗、性能和面積效率等方面表現優(yōu)異。此外，還有兩家專(zhuān)注于高性能計算的新客戶(hù)簽約，將采用Intel 18A。

從技術(shù)研發(fā)部門(mén)的角度來(lái)看，Ann Kelleher表示，預付款讓客戶(hù)根據自己的意愿，在任何獨特的方面進(jìn)行整體投資，并使得英特爾能夠向其提供更大規模的產(chǎn)能。在可能的情況下，英特爾代工服務(wù)也會(huì )努力滿(mǎn)足特定客戶(hù)定制制程節點(diǎn)或傳統工藝變體的要求，這主要取決于具體的要求，如需求量、開(kāi)發(fā)成本等等。

“四年五個(gè)制程節點(diǎn)”只是英特爾重獲、保持制程領(lǐng)先性的開(kāi)始，明年，英特爾將制定新計劃，繼續通過(guò)技術(shù)創(chuàng )新推進(jìn)摩爾定律，以實(shí)現2030年在單個(gè)封裝中集成一萬(wàn)億個(gè)晶體管的目標。在即將于12月9日開(kāi)幕的IEDM 2023（2023 IEEE國際電子器件會(huì )議）上，英特爾將分享其推進(jìn)摩爾定律的最新進(jìn)展。