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英特尔深度剖析摩尔定律、10纳米制程及代工策略

来源:全球半导体观察    原作者:冉玄同    

9月19日,半导体龙头厂商英特尔在北京举办“精英制造日”活动,英特尔此举意在解释外界的三大疑惑:摩尔定律是否有效、10纳米开发进度以及晶圆代工策略。

需要指出的是,在此英特尔会议之前,半导体产业界发生了一些颇有意思的事情。首先是台积电股票市值从3月份开始超越英特尔,并持续到现在;其次是三星电子2017年第2季度半导体部门营收超越英特尔,结束英特尔24年统治地位。

一时间,业界纷纷质疑英特尔在半导体产业界的领导地位。鉴于此,在本次会议上,英特尔也毫不含糊、单刀直入,对外界所有质疑一一解答。

摩尔定律依然有效

“芯片上的晶体管数量每隔24个月就将增加一倍。”这一产业规律由英特尔创始人之一戈登·摩尔提出,由此被称为摩尔定律。

实际上,其意义有两层:1、每平方毫米的成本日渐上升;2、晶体管数量翻倍即是微缩,这代表着性能提升以及每个晶体管的成本下降。

不过,随着半导体工艺制程微缩难度越来越大,业界对厂商能否追随摩尔定律的脚步表示怀疑。英特尔从22纳米到14纳米再到10纳米的推出时间间隔都已超过24个月、甚至36个月。

这给了外界以口实,摩尔定律真的失效了!不过,英特尔正面回应了这一问题。

英特尔深度剖析摩尔定律、10纳米制程及代工策略

英特尔高级院士、技术与制造事业部制程架构与集成总监Mark Bohr表示,在晶体管微缩方面,英特尔一直在努力,从2007年的45纳米开始到32纳米以及22纳米,英特尔让每一代产品缩小大约38%,而发展到14纳米和10纳米之后,由于采用超微缩技术,英特尔让芯片面积缩小大约55%。

英特尔深度剖析摩尔定律、10纳米制程及代工策略

此外,英特尔还根据实际性能表现总结出一个晶体管密度计算公式,其14纳米和10纳米的技术花的时间虽然超过两年,但每一款技术对业界来说意味着很大的技术进步,因为它的晶体管密度确实提升非常大,所以计算下来,大概是晶体管密度每两年提高约一倍。

英特尔深度剖析摩尔定律、10纳米制程及代工策略

除了让芯片面积缩小之外,通过通过超微缩技术,英特尔还让每个晶体管的平均成本呈下降趋势,尤其在14-10纳米的区间里下降趋势更加明显。

英特尔深度剖析摩尔定律、10纳米制程及代工策略

显而易见,随着技术的发展,英特尔还在不断地推动摩尔定律继续向前。Mark Bohr认为,10年内依然看不到摩尔定律的终点。

10纳米姗姗来迟

在解释完摩尔定律之后,英特尔在北京面向全球市场首发了旗下最新的10纳米工艺制程。

英特尔深度剖析摩尔定律、10纳米制程及代工策略

根据Mark Bohr介绍,在10纳米技术节点上,英特尔延续了14纳米工艺上采用的超微缩技术,在这一代技术上,英特尔把鳍片间距降到34纳米,最小金属间隔从52纳米微缩到36纳米。强大的超微缩能力和全新特性将晶体管密度提升2.7倍。

英特尔深度剖析摩尔定律、10纳米制程及代工策略

简单来说,英特尔从22纳米到14纳米再到10纳米不断提高晶体管密度,除此之外也进一步提高了逻辑单元和性能优化表现。对比14纳米技术,10纳米鳍片的高度提高约25%,间距缩小约25%。从电磁环境下的显微图像可以看到到22纳米、14纳米10纳米的鳍片高度不同。

英特尔深度剖析摩尔定律、10纳米制程及代工策略

在超微缩技术之上,英特尔还加入了多向革命性技术,其中一个是COAG(有功栅极上触点),基于这些特有技术,英特尔可以进一步缩小芯片面积甚至可以达到10%。

由于台积电和三星10纳米技术发布量产在前,英特尔此番不免要和竞争对手一较高下。

英特尔深度剖析摩尔定律、10纳米制程及代工策略

英特尔超微缩技术让逻辑晶体管密度从37.5Mtr/mm2提高到100.8Mtr/mm2,提升幅度惊人。通过对比,台积电10纳米逻辑晶体管密度为48.1Mtr/mm2,三星则为51.6Mtr/mm2。

英特尔表示,其10纳米技术领先竞争对手整整一代,并不是所有声称10纳米技术就能够真正做到10纳米的。

另外,在其他相关规格方面,英特尔同样做到技术领先。首先,鳍片间距,英特尔的10纳米技术是34纳米,台积电和三星分别是36和34纳米;栅极间距英特尔是54纳米,台积电和三星的66、68纳米;最小金属间距英特尔36纳米,台积电和三星分别是42和48纳米;逻辑单元高度英特尔是272纳米,台积电和三星分别是360以及420纳米。

除了10纳米之外,英特尔还推出了全新的22FFL技术,该技术是全球首个面向低功耗物联网以及移动产品的FinFET技术。

该技术采用先进的FinFET晶体管,并基于已经被验证的22纳米以及14纳米技术;搭载全新的超低漏电晶体管,使得漏电率降低100多倍;在22纳米技术基础上提供简化的互联技术以及设计规则,同时实现了更高水平的设计自动化,完整的射频设计获得了支持;成本角度来看,英特尔拥有更强大的竞争优势。

代工策略开放包容

数据显示,目前全球晶圆代工市场规模已经超过500亿美元,高端晶圆代工规模达到230亿美元。

英特尔深度剖析摩尔定律、10纳米制程及代工策略

从技术上来说,英特尔无疑是市场的领导者,但在相当厂的时间里,英特尔制造工厂除了生产自家处理器和存储器等产品之外,很少为其他客户代工生产。

面对不断增长的晶圆代工市场规模,三星此前已经表示将独立旗下代工业务,英特尔自然也不例外。在本次发布会上,英特尔表示,将开放更多的制造产能,服务更多的客户。

英特尔公司技术与制造事业部副总裁、晶圆代工业务联席总经理Zane Ball认为,在代工市场上,那些具备创新能力、融资能力和技术实力的企业每年都在大幅缩水,这意味着竞争更加残酷,同时也给了有着丰富技术和IP的英特尔机会。Zane Ball进一步表示,英特尔有完整的代工服务团队,可以从任何层面支持客户。

IDM厂商做代工,不免会和客户在产品、产能方面产生竞争的关系。对于这样的担忧,Zane Ball表示,英特尔在代工方面会有一个提前的生产计划,会尽早的做好生产的安排,做决策的过程对客户而言是透明的、明确的,而且是非常公平的,英特尔会以非常合理的方式来代工业务。

综上,本次活动英特尔强调了摩尔定律仍然是有效的,仍然在向前发展;其技术上继续保持行业的领先地位,至少领先三年的时间当然;至于晶圆代工方便,由于这是英特尔第一次明确表示将涉足这一领域,其未来的表现如何还需拭目以待。

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