Intel 全球首发 10 纳米技术,并正面怼上了三星、台积电

雷锋网 2017-09-20 10:44 阅读:4126

Intel 专门设置了一个所谓的“精尖制造日”来宣传自己的新技术,并且正面怼了三星、台积电竞争对手。

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摩尔定律失效了吗?

这是最近几年被反复提及的一个问题。自从 1965 年被提出到现在,摩尔定律一直在沿着半导体制程工艺不断增强的方向前进,但是到了 10 纳米时代,业界有不少声音认为摩尔定律已经逼近相应的物理极限,并将因此而失去效用。

然而,在举行于 9 月 19 日的“英特尔精尖制造日”上,这家半导体行业的领军者针对以上问题给出了自己的答案。

Intel:摩尔定律不会过时

会上,Intel 执行副总裁兼制造、运营和销售集团总裁 Stacy Smith 对摩尔定律的意义进行了强调。他表示,按照摩尔本人的观察,芯片上的晶体管数量每隔 24 个月将增加一倍;也就是说,在半导体行业产品的性能每两年翻一倍,每个晶体管成本也随值下降。但是 Intel 认为,摩尔定律其实反映的是这样一个经济学原理:

按照特定节奏推动半导体制造能力的进步,我们就可以降低任何依赖于计算的商业模式的成本。

Smith 表示,目前业界经常用 16 纳米、14 纳米、10 纳米等制程节点数字来衡量半导体行业的工艺发展,这些数字的确曾经有它真实的物理意义,但现在却并非如此。实际上,Smith 给出了另外一个衡量性能的指标:晶体管密度。

因此,为了提升晶体管密度,在推动制程工艺推进的同时,Intel 在 14 纳米制程中采用了鳍式场效应晶体管(FinFET)和超微缩技术(Hyper Sacling),其中超微缩技术能够让 14 纳米和 10 纳米上的晶片面积缩小了 0.5 倍以上。

针对市场上竞争对手用 14纳米、10纳米等制程节点数字来凸显优势的现象,Smith 也表示不屑。他表示,虽然数字变了,但在 FinFET 的技术上竞争对手产品的晶体管密度并没有提升;实际上,三星、台积电友商 10 纳米制程技术的晶体管密度只相当于 Intel 14 纳米制程的晶体管密度,并且前者推出的时间还比 Intel 晚了三年。

而在 14 纳米制程之外,Intel 的 10 纳米技术也将量产,并且也用上了超微缩技术。Smith 还表示,实际上 Intel 一般要求自己前瞻三代制程,目前已经在探索 7 纳米和 5 纳米制程。

Smith 最后强调称,摩尔定律在任何可预见的未来都不会终结。

10 纳米晶圆全球首发,即将量产

在本次“英特尔精尖制造日”上,Intel 面向全世界首次展示了 10 纳米 Cannon Lake 晶圆。Intel 高级院士兼技术与制造事业部制程架构与集成总监 Mark Bohr 上台对摩尔定律和 10 纳米晶圆进行了补充介绍。

Bohr 首先提出了一个更加量化的、用来计算晶体管密度的公式:

这个公式用到了两个逻辑概念,一个是 NAND 单元,一个是扫描触发器逻辑单元。用 NAND2 晶体管数量除以 NAND2 单元面积,即 NAND 密度;用扫描触发器晶体管数量除以扫描触发器单元面积,得出其密度;前者乘以 0.6 系数,后者乘以 0.4 系数,相加之后即晶体管每平方毫米的数量,也就是晶体管密度。

Bohr 表示,如果用这种方法计算,10 纳米在晶体管密度上的提升是非常明显的,为自家 14 纳米技术的 2.7 倍,大约是业界其他家“10 纳米”工艺的 2 倍。而这一提升,就得益于 Intel 的超微缩技术。实际上,Intel 10 纳米制程的最小栅极间距从 70 纳米缩小至 54 纳米,且最小金属间距从 52 纳米缩小至 36 纳米,尺寸的缩小使得逻辑晶体管密度可达到每平方毫米 1.008亿 个晶体管。

相比之前的 14 纳米制程,英特尔 10 纳米制程提升高达 25% 的性能和降低 45% 的功耗。增强版的 10 纳米制程可将性能再提升 15% 或将功耗再降低 30%。

Bohr 也表示,摩尔定律的目标是提供晶体管的密度,并通过每一代的代际提升来降低成本,从而降低每一个晶体管的平均成本。而从 Intel 10 纳米芯片技术的出现,也恰好说明了摩尔定律没有过时,一直在向前发展。

其实,Intel 还有晶圆代工业务

除了对前沿芯片技术进行不断探索,Intel 其实也在数年前推出了自己的晶圆代工业务,目前也已经进军中国市场;而在此次“英特尔精尖制造日”上,负责晶圆代工业务的 Intel 技术与制造事业部副总裁 Zane Ball也对晶圆代工业务进行了介绍。

Ball 表示,Intel 的晶圆代工的优势在于技术。这首先表示在 FinFET 技术,目前 Intel 已经出产了 700 万片采用这一技术的晶圆;其次是 22 纳米、14 纳米、10 纳米和 22FFL 等制程技术。

其中 Ball 对 Intel 的 22FFL (22 纳米 FinFET 低功耗)技术进行了重点强调。据雷锋网了解,22FFL 是在 2017 年 3 月美国“英特尔精尖制造日”活动上首次宣布的一种面向移动应用的超低功耗 FinFET 技术,其技术基础是 Intel 的 22 纳米/14 纳米的制造经验。

与先前的 22GP(通用)相比,22FFL 技术的漏电量最多可以减少 100 倍,可以提供主流技术中漏电量最低的晶体管。它还可以达到 Intel 14 纳米晶体管相同的驱动电流,实现比业界 28 纳米/22 纳米平面技术更高的面积微缩。

22FFL 在技术上的另一个特点是高集成度;它包含一个完整的射频(RF)套件。借由广泛采用单一图案成形及简化的设计法则,使 22FFL 成为价格合理、易于使用可面向多种产品的设计平台,与业界的 28 纳米的平面工艺 (Planar) 相比在成本上极具竞争力。

相对而言,22FFL 新技术适用于低功耗的物联网和移动产品,它将性能、功耗、密度和易于设计的特性结合起来。Intel 副总裁 Stacy Smith 也针对 22FFL 表示:

我们认为这是业界最简单易用的 FinFET工艺,服务大众的 FinFET。

基于以上技术优势,Intel 的晶圆代工业务主要分为两个市场:一个是网络基础设施,比如说网络处理器、FPGA;另外一个是移动和联网设备,尤其是入门级的智能手机处理器和物联网设备。

作为晶圆代工业务的一个案例,Intel 与 ARM 进行了合作,将 ARM Cortex A75 放到 Intel 标准的晶圆代工流程当中。整个过程由 ARM 提供 IP,用了 14 周时间就完成了首个流片。这个流程采用了 Intel 的 10 纳米晶圆代工技术,检测频率至少可以超过 3.3 GHz;而且从展示的数据看,显得非常稳定。

在现场,Intel 还与 ARM 合作展示了全球首款采用 Intel 10 纳米制程的 ARM Cortex-A75 CPU 内核测试芯片。

老虎不说话,你当我是病猫呀

过去 Intel 给人的印象是主攻技术,非常低调;但此番 Intel 专门设置了一个所谓的“精尖制造日”来宣传自己的新技术,并且正面怼了三星、台积电等竞争对手。对此,Intel 中国区总裁杨旭的回应是“老虎不说话,你当我是病猫呀”。

不过,实际上,本次“精尖制造日”的宣传重点其实是 Intel 的晶圆代工业务,尤其是面向中国市场。不过雷锋网认为,Intel 之所以如此高调,实际上还是看到了中国半导体行业蓬勃发展的状况。在 58.5% 的全球半导体消费都发生在中国的情况下,Intel 自然也希望通过晶圆代工业务从中分一杯羹。不过从眼下来看,晶圆代工业务只是 Intel 整体业务很小的一部分。

至于“摩尔定律是否失效”这个问题,Intel 也罕见地拿出了高调的姿态为之正名,并试图通过 10 纳米制程技术和其他的一些前沿技术来说明它的长期有效性。

在雷锋网看来,至少在目前说“摩尔定律已经过时”还为时过早,我们也期待在半导体行业在各种前沿新技术的推进下继续向前发展。

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