“在窮盡元素周期表之前,我們將堅持不懈地追尋摩爾定律的腳步,并持續利用硅的神奇力量不斷推進創新。”——英特爾公司CEO 帕特·基辛格

今日凌晨(7月27日),英特爾公布了公司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,并有望將此影響延續至2025年及以后。

在本次“英特爾加速創新:制程工藝和封裝技術線上發布會”上,英特爾除了公布了其近十多年來首個全新晶體管架構 RibbonFET 和業界首個全新的背面電能傳輸網絡PowerVia之外,還重點介紹了采用下一代極紫外光刻(EUV)技術的計劃,即高數值孔徑(High-NA)EUV。英特爾有望率先獲得業界第一臺High-NA EUV光刻機。

英特爾公司CEO帕特·基辛格在發布會中表示:“基于英特爾在先進封裝領域毋庸置疑的領先性,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。”

窮盡摩爾定律,啟動新命名體系

數十年來,制程工藝“節點”的名稱都與晶體管的柵極長度相對應。但從1997年開始,業界開始意識到,基于納米的傳統制程節點命名方法已經不再符合實際。

雖然業界多年前不再遵守這種命名法,但英特爾卻一直沿用這種歷史模式,即使用反映尺寸單位(如納米)的遞減數字來為節點命名。

不過,整個行業使用著各不相同的制程節點命名和編號方案,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。

今天,在披露制程工藝路線圖時,英特爾引入了基于關鍵技術參數——包括性能、功耗和面積等的新命名體系。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,以幫助客戶對整個行業的制程節點演進建立一個更準確的認知。

基辛格說:“今天公布的創新技術不僅有助于英特爾規劃產品路線圖,同時對我們的代工服務客戶也至關重要。”隨著英特爾代工服務(IFS)的推出,新的命名體系將有助英特爾的客戶清晰了解情況,這比以往任何時候都顯得更加重要。

具體來看,英特爾從下一個節點(此前被稱作Enhance SuperFin)Intel 7開始,后續節點命名將陸續為Intel 4、Intel 3,而在Intel 3之后的下一個節點將被命名為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制造器件和材料的時代——半導體的埃米時代。

“摩爾定律仍在持續生效。對于未來十年走向超越‘1納米’節點的創新,英特爾有著一條清晰的路徑。”基辛格表示。

以下是英特爾制程技術路線圖、實現每個節點的創新技術以及新節點命名的詳細信息:

Intel 7(此前稱之為10納米Enhanced SuperFin):通過FinFET晶體管優化,每瓦性能比英特爾10納米SuperFin提升約10% - 15%,優化方面包括更高應變性能、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。預計Intel 7將亮相于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也將內置Intel 7。

Intel 4(此前稱之為Intel 7納米):與Intel 7相比,Intel 4的每瓦性能1提高了約20% ,它是首個完全采用EUV光刻技術的英特爾FinFET節點。Intel 4將于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。EUV采用高度復雜的透鏡和反射鏡光學系統,將13．5納米波長的光對焦,從而在硅片上刻印極微小的圖樣。相較于之前使用波長為193納米的光源的技術,這是巨大的進步。

Intel 3:將繼續獲益于FinFET,較之Intel 4,Intel 3將在每瓦性能上實現約18%的提升。這是一個比通常的標準全節點改進水平更高的晶體管性能提升。Intel 3實現了更高密度、更高性能的庫;提高了內在驅動電流;通過減少通孔電阻,優化了互連金屬堆棧;與Intel 4相比,Intel 3在更多工序中增加了EUV的使用。Intel 3將于2023年下半年開始生產相關產品。

Intel 20A:得益于PowerVia和RibbonFET這兩項突破性技術,開啟了制程工藝的埃米時代。Intel 20A制程工藝技術上將與高通公司進行合作,預計將在2024年推出。

PowerVia是英特爾獨有、業界首個背面電能傳輸網絡,它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干擾。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,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 18A:這是面向2025 年及更遠的未來,基于Intel 20A更進一步的節點提升,目前正在研制中,預計將于2025年初推出。它將對RibbonFET進行改進,在晶體管性能上實現又一次重大飛躍。

英特爾還致力于定義、構建和部署下一代High-NA EUV,有望率先獲得業界第一臺High-NA EUV光刻機。英特爾正與 ASML 密切合作,確保這一行業突破性技術取得成功,超越當前一代 EUV。

“英特爾和ASML共同走在極紫外光刻(EUV)技術的前沿。隨著英特爾不斷拓展其全球工廠網絡,我們隨時準備提供能為未來創新做出貢獻的最先進的EUV。我們對下一代高數值孔徑EUV倍感興奮,它將使芯片技術取得更大進步。”ASML公司CEO兼總裁Peter Wennink談到。

英特爾代工服務推出,趕超臺積電

隨著英特爾全新IDM 2．0戰略的實施,封裝對于實現摩爾定律的益處變得更加重要。基辛格說,“業界對英特爾代工服務(IFS)有強烈的興趣,今天我很高興我們宣布了首次合作的兩位重要客戶。英特爾代工服務已揚帆起航!”英特爾對領先行業的先進封裝路線圖提出:

EMIB作為首個 2．5D 嵌入式橋接解決方案將繼續引領行業,英特爾自2017年以來一直在出貨EMIB產品。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之后,下一代 EMIB的凸點間距將從 55微米縮短至 45微米。

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

Foveros Omni開創了下一代Foveros技術,通過高性能3D堆疊技術為裸片到裸片的互連和模塊化設計提供了無限制的靈活性。Foveros Omni允許裸片分解,將基于不同晶圓制程節點的多個頂片與多個基片混合搭配,預計將于2023年用到量產的產品中。

Foveros Direct實現了向直接銅對銅鍵合的轉變,它可以實現低電阻互連,并使得從晶圓制成到封裝開始,兩者之間的界限不再那么截然。Foveros Direct 實現了10微米以下的凸點間距,使3D堆疊的互連密度提高了一個數量級,為功能性裸片分區提出了新的概念,這在以前是無法實現的。Foveros Direct 是對 Foveros Omni 的補充,預計也將于 2023年用到量產的產品中。

會上,英特爾宣布,AWS 將成為首個使用英特爾代工服務(IFS)封裝解決方案的客戶。

基辛格談到,今天討論的突破性技術主要在英特爾俄勒岡州和亞利桑那州的工廠開發,這鞏固了英特爾作為美國唯一一家同時擁有芯片研發和制造能力的領先企業的地位。

寫在最后

56年前,英特爾創始人之一的戈登·摩爾首次提出摩爾定律,成為整個半導體行業無比追捧的真理和發展方向,然而在最近幾年的發展過程中,關于摩爾定律是否真實失效的討論一直在業界爭執不休。

今天,英特爾依舊延續著這一傳統,并在全新的創新高度上制定路線圖。基辛格談到,“在窮盡元素周期表之前,摩爾定律都不會失效,英特爾將持續利用硅的神奇力量不斷推進創新。”

英特爾高級副總裁兼技術開發總經理Ann Kelleher博士表示:“英特爾引領了從90納米應變硅向45納米高K金屬柵極的過渡,并在22納米時率先引入FinFET。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。”

那么,一度“窮途末路”的摩爾定律會不會隨著進入埃米時代而老樹逢春呢?