創新、扎實而嚴謹的工程,成就“四年五個制程節點”

今年9月，Intel 4制程節點實現大規模量產，英特爾重獲制程領先性的“四年五個制程節點”之旅又按時抵達了一座里程碑。

近日，英特爾執行副總裁兼技術開發總經理Ann Kelleher為我們講述了這一計劃的“幕后故事”，英特爾是如何按時穩步推進“四年五個制程節點”計劃的呢？目前，Intel 7和Intel 4已經實現大規模量產，Intel 3即將到來，實現約18%的每瓦性能提升，而接下來的Intel 20A和Intel 18A同樣進展順利，在每瓦性能上將比上一個節點各提升約10%。

創新技術加持

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

在Intel 3技術中，英特爾將進一步增加對EUV的使用，而在開啟埃米時代的Intel 20A和Intel 18A制程節點上，英特爾還將應用兩項全新的技術：PowerVia背面供電技術和RibbonFET全環繞柵極（GAA）晶體管。這兩項技術的研發工作均已完成。

PowerVia實現了背面供電

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移至芯片背面后，它在先進封裝層面也有較大潛力。針對業界較為擔憂的背面供電的散熱問題，英特爾在過去兩三年內進行了大量創新，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品中。

扎實而嚴謹的流程

英特爾公司首席執行官帕特·基辛格曾說：“‘四年五個制程節點’不是搭建空中樓閣，而是一項扎實且嚴謹的工程，只有這樣我們才能順利到達終點?！盇nn Kelleher介紹，英特爾在開發新制程節點前會先進行早期研究，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中。接著，就是開發階段，根據項目的不同會花費兩到三年的時間。最后，會在試驗生產線制造一定量的芯片，在證明其達到了英特爾的標準后，才會將制程技術“轉移”到工廠進行大規模生產。

在技術“轉移”階段，英特爾主要進行的是“匹配”工作，設備的匹配，制造流程的匹配，乃至生產線每個部分的匹配。用于之前的制程節點生產的設備，合適的話會沿用，不合適的話，會進行升級，“一旦我們知道我們有匹配的能力，芯片就會進入生產線”。

此外，在開發新制程節點時，英特爾還在每個被認為風險較高的地方都制定了應急計劃。例如，英特爾專門做了一個測試節點，用于獨立地測試和開發PowerVia，以確保它能被妥善地用于Intel 20A和Intel 18A制程節點。

堅持客戶至上

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

英特爾代工服務（IFS）客戶對Intel 18A制程節點的反饋非常積極，一家重要客戶承諾采用Intel 18A和Intel 3，并支付了預付款，該客戶發現英特爾代工服務為其設計生產的芯片，在功耗、性能和面積效率等方面表現優異。此外，還有兩家專注于高性能計算的新客戶簽約，將采用Intel 18A。

從技術研發部門的角度來看，Ann Kelleher表示，預付款讓客戶根據自己的意愿，在任何獨特的方面進行整體投資，并使得英特爾能夠向其提供更大規模的產能。在可能的情況下，英特爾代工服務也會努力滿足特定客戶定制制程節點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、開發成本等等。

“四年五個制程節點”只是英特爾重獲、保持制程領先性的開始，明年，英特爾將制定新計劃，繼續通過技術創新推進摩爾定律，以實現2030年在單個封裝中集成一萬億個晶體管的目標。在即將于12月9日開幕的IEDM 2023（2023 IEEE國際電子器件會議）上，英特爾將分享其推進摩爾定律的最新進展。