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10nm制程变身为Intel 7工艺 Intel逆袭之路由此开启

PChome | 编辑:李明亮
原创
2021-08-07 05:00:02

【PChome概述】Intel在上个月末公布未来五年制程工艺的线路图,其中最引人瞩目的是,启用全新的工艺制程命名方式,淡化制程参数这一指标,衡量标准更加立体,包括芯片性能、功耗、晶体管密度等各类指标。未来今年,Intel 7、Intel 4、Intel 20A等工艺将会相继问世,Intel有望重新站上行业巅峰。

2021年7月27日,Intel召开了制程工艺和封装技术线上发布会,公布了未来五年内制程工艺的线路图,包括全新的工艺命名方式、具体的问世时间以及带来的技术创新。未来五年,Intel 7工艺(10nm制程)、Intel 4工艺(7nm制程)、Intel 3工艺、Intel 20A工艺将会陆续问世。

·Intel近些年制程方面吃了大亏

提到Intel,我们就不得不提到它的老牌竞争对手——AMD,Intel和AMD在处理器市场一直就是一对欢喜冤家。Intel之所以下定决心进行彻底改变,也来自AMD方面的竞争压力。时间退回到2015年,Intel推出了六代酷睿,正式开始了14nm的征程。彼时,AMD还被称为“农企”,代号为Piledrever,中文翻译过来就是推土机架构,制程为32nm,比Intel落后了一倍。

但自从锐龙处理器推出之后,AMD便开始奋起直追,开始使用全新的Zen架构。从锐龙1000处理器开始使用14nm工艺,之后再到12nm、7nm,基本每年都有新突破。而Intel方面就显得进步稍显缓慢了,制程从14nm到14nm+再到14nm+++,到如今已经沿用了6年,如果单从制程方面看不出来明显变化,所以在普通消费者眼中Intel近些年被戏称为“牙膏厂”,“AMD,Yes!”的口号喊得越来越响。另外,AMD将要开始使用5m制程。Intel被AMD弯道超车,很大的原因就是Intel在14nm制程停滞不前。

·芯片制程并不能真实反映出实际性能

Intel的创始人戈登·摩尔早在1965年就提出了著名的摩尔定律,即:随着制程和工艺的进步,集成电路上可以容纳的晶体管数目大约每经过18个月便会增加一倍。简而言之,就是处理器的性能每两年性能就会翻一倍。这个定律从本质上是属于摩尔的个人经验之谈,但是直到今天还依然适用,同时Intel也是摩尔定律的坚定捍卫者。

摩尔定律中提出了一个重要的指标——晶体管数目,若以晶体管数目为衡量指标,就会发现Intel并不落后。在这里需要向大家说明的是,Intel拥有自己的晶圆厂,从芯片的研发到生产完全依靠自己。AMD只负责芯片的研发,生产则主要依靠工厂代工,诸如三星、台积电、GF等,所以我们就比较下不同厂商芯片晶体管数目的差异。以14nm制程为例,Intel的晶体管密度为43.5,而三星为32.5,在相同的制程中,单位面积内容纳的晶体管数量是不同的,Intel远远高于三星。

在10nm制程上,台积电的晶体管密度为48.1,Intel则为100.8,领先前者两倍左右。台积电采用7nm制程的时候,晶体管密度达到了95.3,才勉强追上Intel 10nm制程。所以若以晶体管数目为衡量指标,可以发现Intel在性能方面表现并不逊色。台积电在近两年持续推进5nm制程,在晶体管数量上才开始超越Intel。所以也就出现了Intel的10nm或者14nm制程依然可以和AMD 7nm对标的情况。

·启用全新的制程工艺命名方式 重塑行业标准

所以单单用芯片制程来衡量芯片的性能并不科学,同一制程不同厂商的芯片晶体管密度有较大差异。所以,芯片制程这个指标实在过于单一,不能反映出处理器真正的制造水平和性能,在更多的时候只是为了厂商营销之用。

Intel从十一代酷睿开始正式启用10nm制程,还是对标AMD的7nm。但是如果还是沿用之前的命名方式,就会显得一直逊于对手,Intel必然不会采取如此不明智的营销策略。所以淡化制程工艺这一指标,采用全新的命名方式。

离消费者最近的是Intel 7工艺,它将在年底的十二代酷睿Alder Lake处理器中首次搭载,就是大家比较熟悉的10nn制程。该技术通过FinFET 晶体管优化,和现有的10nm制程相比,每瓦的能耗比可以提升10%—15%左右。Intel 7工艺有如此巨大的进步,得益于产品细节的优化,Intel 7工艺拥有更高应变性能、更低电阻的材料、新型高密度蚀刻技术、流线型结构,同时还采用更高的金属堆栈实现布线优化。

Intel 4工艺是原先的7nm制程,预计将在2022年下半年投产,2023年开始正式出货。Intel 7工艺将完全采用EUV光刻技术,这对于Intel具有里程碑意义,EUV光刻技术采用高度复杂的透镜和反射镜光学系统,将 13.5 纳米波长的光对焦,从而在硅片上刻印极微小的图样。相对于Intel 7工艺,每瓦能耗比将提升20%左右。

Intel 3工艺将在2023年下半年开始投产,与Intel 4工艺相比,能耗比提高18%左右,同时在更多工序上普及EUV工艺,提高了内在驱动电流,通过减少通孔电阻,优化了互连金属堆栈。

Intel 20A工艺将在2024年推出,它将标志着处理器工艺进入埃米级时代,将采用PowerVia 和 RibbonFET 这两项突破性技术。PowerVia 是英特尔独有、业界首个背面电能传输网络,它消除晶圆正面的供电布线需求,优化信号布线,同时减少下垂和降低干扰。RibbonFET 是英特尔研发的 Gate All Around 晶体管,可以提供更快的晶体管开关速度,同时以更小的占用空间实现与多鳍结构相同的驱动电流。

写在最后

早先,AMD被称为“农企”的之时,Intel在工艺制程方面力压AMD,锐龙处理器的推出让AMD完美逆袭,使得Intel不得不祭出大招。 Intel在芯片竞争之中扳回一城,近三年的发展至关重要。今年下半年开始,Intel 7工艺就要落地,也是Intel重新打开市场、建立用户口碑的重要时期。2023年Intel将要打翻身之仗,普及Intel 4工艺,将使用EUV光刻工艺进行7nm芯片的生产,晶体管密度达到了1.8亿晶体管每平方毫米,Intel将从晶体管数量上追上友商的5nm、3mn。2024年,芯片工艺进入埃米级时代之后,Intel有望重新掌握行业领导力。

另外,如今用户的使用需求不断细化,过于单一的参数指标难以衡量出产品的优劣。处理器市场亦是如此,单一的芯片制程也很难直接体现出处理器的性能。Intel全新的工艺制程命名方式,衡量的指标更加立体,可以减轻对消费者的误导,改善用户体验。同时也有利于芯片厂商更加注重于技术的突破和性能的提升,进而推动行业的良性发展。

(文章图片来自百度、知乎、Intel官方网站等平台)

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