[導讀]半導體業(yè)內奉為圭臬的“摩爾定律”是指每兩年在同樣面積下，晶體管密度要增加一倍。可是，這個游戲玩到后來，怎么只剩下半導體界的“老派紳士”英特爾在遵守游戲規(guī)則了呢？其他競爭對手分明都“違規(guī)”了！英特爾日前在臺灣舉行?“架構日”，花了一上午的時間，并提出具體數(shù)字來佐證自己的每一代制程技...
半導體業(yè)內奉為圭臬的 “摩爾定律” 是指每兩年在同樣面積下，晶體管密度要增加一倍。
可是，這個游戲玩到后來，怎么只剩下半導體界的 “老派紳士” 英特爾在遵守游戲規(guī)則了呢？其他競爭對手分明都 “違規(guī)” 了！
英特爾日前在臺灣舉行?“架構日”，花了一上午的時間，并提出具體數(shù)字來佐證自己的每一代制程技術演進與命名邏輯，不但是毫無水分，而且還比摩爾定律要求的“兩倍晶體管密度” 標準還要高。
晶體管密度超越摩爾定律要求
英特爾新竹辦公室總經(jīng)理謝承儒舉例，2019 年推出的 10nm 制程，里面的晶體管密度超過 100 億個，較上一代 14nm 的 44.67 億個晶體管整整增加 2.3 倍。意思是在同等面積下，塞入超過兩倍的晶體管。
到了 14nm 制程世代，晶體管密度又是上一代 22nm 制程的 2.7 倍，證明英特爾在晶體管密度這個摩爾定律的重要指標上，實力遠遠高于同業(yè)，且制程的命名沒有絲毫水分。
再者，很多人喜歡把英特爾停留在 14nm 制程世代上的時間過久，且一直推出微縮版本 14nm 、14nm 制程這件事來討論。
謝承儒表示，14nm 相較于 14nm 制程，性能增加達到 20%，幾乎是一個制程節(jié)點的提升; 這也代表，英特爾不需要推進到下一個制程世代，就可以將效能大幅提升 20%。
隨著英特爾第十一代 Core 處理器，代號為 Tiger Lake 正式推出后，英特爾正式進入 10nm 制程技術世代。
在 10nm 制程世代上，發(fā)展到第三代的 10nm 稱為 10nm SuperFin 制程。從 10nm 到 10nm SuperFin 的性能表現(xiàn)也是增加 20%，同樣也相當于一個節(jié)點的提升。
制程命名邏輯
在半導體制程上，最重要的單元是晶體管，每一顆 IC 設計最低層元件就是晶體管。
晶體管的表現(xiàn)反映在很多面向上，例如密度、性能、漏電表現(xiàn)等。其中，前兩個面向：密度和性能最為關鍵。密度是指在同樣面積中，可以塞入多少的晶體管。
再來看看，制程技術的命名究竟是怎么定義的？
最早期，制程技術的命名是根據(jù)晶體管的閘極長度（Gate Length）而定，但一直發(fā)展到 0.25 微米以下開始脫節(jié)，因為是晶體管往下走的核心精華不是閘極長度，而是依循摩爾定律。
上圖中，黃色線與藍色部分接觸的是閘極長度。當晶體管從左邊的平面式轉換成右邊的鰭式晶體管 FinFET 時，與藍色接觸面從傳統(tǒng)晶體管的一個接觸面，變成三個接觸面。因此，要去計算閘極長度來做為制程命名，其實不太合理。
再者，上述提到的英特爾的 SuperFin 技術，其實不是只有一個鰭，而是有好幾個，這也代表接觸面會越多，而接觸面越多，控制力就會越強。
以晶體管閘極長度來命名的方式，在發(fā)展到鰭式晶體管 FinFET 世代后失效。英特爾開始以晶體管的密度來作為命名方式，依循每個世代線寬縮減約 0.7 倍的非常規(guī)律。
例如從 90nm 制程節(jié)點，下一代制程就是 65nm（90 x 0.7 = 63，取 65nm）; 再下一代制程節(jié)點則為 45 nm（65 x 0.7 = 45.5），之后的命名邏輯是依此類推。
這樣的命名方式下，代表未來制程世代與晶體管的閘極長度，不再有絕對關系，且每一個制程世代之間的晶體管密度成長接近兩倍，趨勢也符合摩爾定律的規(guī)范。
GAA 架構晶體管披露
英特爾也披露在鰭式晶體管 FinFET 之后的新一代晶體管架構 Nanoribbon，其實就是一種 GAA（Gate-All-Around）架構，目前正在研發(fā)中。
之前提到英特爾發(fā)展出 SuperFin 技術不是只有一個鰭，而是有好幾個鰭，優(yōu)勢是接觸面會越多，代表控制力就會越強。
可以從上圖中看到，Nanoribbon 架構是整個包起來，所以接觸面從過去平面式晶體管的一個接觸面、鰭式晶體管 FinFET 的三個接觸面，到了 Nanoribbon 晶體管架構已經(jīng)變成四個接觸面。
這樣的晶體管架構不但是越做越小，面積持續(xù)微縮，且因為接觸面增加，控制能力也會強化。
目前三星已經(jīng)宣布 3nm 導入 GAA 架構，臺積電則是宣布 3nm 維持 FinFET 晶體管的架構。至于英特爾，則已經(jīng)開始在投入 GAA（Nanoribbon 晶體管架構）的研發(fā)。
相較于其他競爭對手，都在制程世代的命名上大玩宣傳花招，只有英特爾這位半導體“老派紳士”，嚴謹又堅持地捍衛(wèi)著創(chuàng)辦人戈登 · 摩爾在 50 多年前提出的摩爾定律，對于晶體管密度的要求，甚至做到超過該定律要求的標準。
除了晶體管密度的“正名”，英特爾也一直強調一個概念：產(chǎn)品的整體效能難道只有決定在半導體的制程技術上？
為了要打破這個迷思，英特爾這幾年提出“六大創(chuàng)新支柱”：制程與封裝、XPU 架構、存儲、互聯(lián)架構、安全性以及軟件。
英特爾強調，芯片放在終端設備上的性能表現(xiàn)，絕非只有單一制程技術這個環(huán)節(jié)可以展現(xiàn)的，英特爾以眾多面向的優(yōu)勢來重塑概念。
自制與外包的策略
英特爾首席執(zhí)行官 Bob Swan 在今年 7 月的投資人會議中提出因為 7nm 制程良率，而考慮可能委由第三方供應商來生產(chǎn)。當時也引發(fā)全球科技產(chǎn)業(yè)的熱絡討論。
英特爾舉例，旗下的獨立顯卡 GPU 也部份自己生產(chǎn)，但部分委外給其他晶圓代工廠生產(chǎn)。如上圖中的獨立顯卡 Xe 系列，有些系列是采用自家的 10nm SuperFin 制程技術，但有些系列的芯片則是外包生產(chǎn)。
英特爾表示，當多數(shù)的獨立 GPU 都是由晶圓代工廠生產(chǎn)時，其實沒有非要英特爾自己做不可，況且自家的產(chǎn)能要留給更重要的產(chǎn)品來生產(chǎn)，而外包策略可以促使產(chǎn)品加快上市。
下載文檔
