英特爾這次不擠牙膏了，一口氣發(fā)布未來(lái)5年工藝，其實(shí)另有深意

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2022-03-10 13:50:05 6

以工藝進(jìn)展穩(wěn)健著稱的英特爾曾被業(yè)界戲稱為“牙膏廠”，形容其在每次工藝更新迭代時(shí)如擠牙膏一樣，但是，自從新一任CEO帕特·基辛格上任以后，英特爾風(fēng)格有很大變化，他提出了英特爾要走IDM 2.0 戰(zhàn)略，并要提供英特爾代工服務(wù)（IFS），由于以往英特爾曾兩次提出要提供代工服務(wù)但最后都鎩羽而歸，所以對(duì)于此次提出的代工服務(wù)業(yè)界仍是充滿疑慮，不過(guò)，從今天的發(fā)布看，這個(gè)疑慮可以打消了。 42423ebb245aa7560d7022d9fa0243d5

在7月27日“英特爾加速創(chuàng)新：制程工藝和封裝技術(shù)線上發(fā)布會(huì)”上，英特爾CEO帕特·基辛格發(fā)表了重要演講，一口氣發(fā)布了未來(lái)5年及更遠(yuǎn)的工藝演進(jìn)路線。 c6b6b0215f8311a72e9ba63f53d063f0

此外，英特爾還公布了其近十多年來(lái)*全新晶體管架構(gòu) RibbonFET 和業(yè)界*全新的背面電能傳輸網(wǎng)絡(luò)PowerVia，同時(shí)透露英特爾將*臺(tái)積電率先獲得業(yè)界*臺(tái)High-NA EUV光刻機(jī)，憑借它英特爾將迅速采用下一代極紫外光刻（EUV）技術(shù)的計(jì)劃，即高數(shù)值孔徑（High-NA）EUV。這些發(fā)布向業(yè)界表明了其開展代工服務(wù)的決心，同時(shí)基辛格也透露AWS已經(jīng)采用了英特爾的代工服務(wù)，而高通將獲得英特爾的EUV工藝代工服務(wù)。 1 重新命名工藝節(jié)點(diǎn)

在今天的發(fā)布中，一個(gè)最大的亮點(diǎn)是，英特爾不再以納米工藝來(lái)命名工藝節(jié)點(diǎn)，從10nm以后，英特爾的工藝節(jié)點(diǎn)名稱將是Intel 7、Intel 4、Intel 3和Intel 20A，而且每個(gè)節(jié)點(diǎn)升級(jí)有精確的參數(shù)性能，說(shuō)明英特爾在這方面已經(jīng)投入了很大的研究，未來(lái)不會(huì)再擠牙膏了。幾個(gè)節(jié)點(diǎn)的性能如下： 1、基于 FinFET 晶體管優(yōu)化，Intel 7與 Intel 10nm SuperFin 相比，每瓦性能將提升約10%-15%。2021年即將推出的Alder Lake客戶端產(chǎn)品將會(huì)采用Intel 7 工藝，之后是面向數(shù)據(jù)中心的 Sapphire Rapids預(yù)計(jì)將于 2022 年*季度投產(chǎn)。 2、Intel 4完全采用 EUV 光刻技術(shù)，可使用超短波長(zhǎng)的光，刻印極微小的圖樣。憑借每瓦性能約 20% 的提升以及芯片面積的改進(jìn)，Intel 4 將在 2022 年下半年投產(chǎn)，并于 2023 年出貨，這些產(chǎn)品包括面向客戶端的 Meteor Lake 和面向數(shù)據(jù)中心的 Granite Rapids。 3、Intel 3憑借FinFET 的進(jìn)一步優(yōu)化和在更多工序中增加對(duì)EUV使用，較之Intel 4將在每瓦性能上實(shí)現(xiàn)約18%的提升，在芯片面積上也會(huì)有額外改進(jìn)。Intel 3將于2023年下半年開始用于相關(guān)產(chǎn)品生產(chǎn)。 4、Intel 20A將憑借RibbonFET和PowerVia兩大突破性技術(shù)開啟埃米時(shí)代。RibbonFET 是英特爾對(duì)Gate All Around晶體管的實(shí)現(xiàn)，該技術(shù)加快了晶體管開關(guān)速度，同時(shí)實(shí)現(xiàn)與多鰭結(jié)構(gòu)相同的驅(qū)動(dòng)電流，但占用的空間更小。PowerVia 是英特爾獨(dú)有的、業(yè)界*背面電能傳輸網(wǎng)絡(luò)，通過(guò)消除晶圓正面供電布線需求來(lái)優(yōu)化信號(hào)傳輸。Intel 20A 預(yù)計(jì)將在 2024 年推出。英特爾也很高興能在Intel 20A 制程工藝技術(shù)上，與高通公司進(jìn)行合作。 5、2025 年及更遠(yuǎn)的未來(lái)：從Intel 20A更進(jìn)一步的Intel 18A節(jié)點(diǎn)也已在研發(fā)中，將于2025年初推出，它將對(duì)RibbonFET進(jìn)行改進(jìn)，在晶體管性能上實(shí)現(xiàn)又一次重大飛躍，據(jù)基辛格透露英特爾還致力于定義、構(gòu)建和部署下一代High-NA EUV，有望率先獲得業(yè)界*臺(tái)High-NA EUV光刻機(jī)。英特爾正與 ASML 密切合作，確保這一行業(yè)突破性技術(shù)取得成功，超越當(dāng)前一代 EUV。
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英特爾研究院副總裁、英特爾中國(guó)研究院院長(zhǎng)宋繼強(qiáng)博士在接受采訪時(shí)指出英特爾以前是隔年更新工藝，這次直接以“年”為單位的工藝更新，節(jié)奏很快。“我們?yōu)槭裁匆獙?duì)節(jié)點(diǎn)開始重新命名？其實(shí)對(duì)外界做了很多咨詢，因?yàn)閺?0年前，從Donald law開始失效，從純粹靠晶體管微縮去提高芯片晶體管密度的技術(shù)失效之后就采用了其他各種各樣的技術(shù)來(lái)提高我們芯片上的晶體管密度，有3D的，有應(yīng)變硅等等。它不再是通過(guò)簡(jiǎn)單的根據(jù)晶體管當(dāng)中的柵極長(zhǎng)度（gate length）去評(píng)估我的芯片生產(chǎn)工藝是幾納米?！彼忉屨f(shuō)，“2011年之后，市場(chǎng)上說(shuō)的“幾納米”工藝變成了一個(gè)市場(chǎng)營(yíng)銷代名詞。所以對(duì)于客戶來(lái)講，你說(shuō)他現(xiàn)在接受了這樣一個(gè)命名，是不是說(shuō)這個(gè)命名未來(lái)就可以持續(xù)下去了？你也可以想象，如果說(shuō)大家都把2納米、3納米用完了之后再往后怎么辦？大家都說(shuō)我是1納米嗎？你真的到了1納米嗎？按照這個(gè)速度很快就要前進(jìn)到1納米了該怎么辦？英特爾和很多外界包括學(xué)術(shù)界、產(chǎn)業(yè)界的客戶做了一些調(diào)研，大家希望重新恢復(fù)到正確的命名，包括怎么樣去理清楚這些命名到底和制造工藝之間有沒(méi)有直接的關(guān)系?！? 他表示現(xiàn)在英特爾重新梳理了一下之后，覺(jué)得至少仍然可以用數(shù)字，用數(shù)字的遞減代表工藝還在不斷的向前發(fā)展，但是英特爾已經(jīng)不再?gòu)?qiáng)調(diào)這個(gè)數(shù)字和納米之間的關(guān)系?！耙?yàn)楸旧硇袠I(yè)內(nèi)的人知道，它沒(méi)有關(guān)系，或者說(shuō)和柵極長(zhǎng)度之間的關(guān)系。這是需要一個(gè)概念轉(zhuǎn)換的過(guò)程的?！彼赋觯巴瑫r(shí)我們的命名也為未來(lái)10年發(fā)展留下了空間，我們到Intel 3之后，沒(méi)有到2到1，而是到了Intel 20。因?yàn)榈搅薎ntel 20之后可以預(yù)見到，到1中間還會(huì)有一些未來(lái)可能會(huì)發(fā)生的創(chuàng)新。其實(shí)我們現(xiàn)在并不清楚，你要給未來(lái)留下空間，所以到20的時(shí)候，我們叫20A，是給未來(lái)繼續(xù)留下了空間。所以現(xiàn)在這個(gè)命名方案，對(duì)于英特爾，目標(biāo)是一直要去推進(jìn)半導(dǎo)體制造工業(yè)的，所以未來(lái)10年我們知道怎么樣通過(guò)半導(dǎo)體技術(shù)去推進(jìn)它的PPA（性能、功耗、面積），那就需要留下足夠的空間。因此基于這些邏輯重新梳理一下這些，同時(shí)我們也趁著這個(gè)時(shí)候把封裝技術(shù)給聯(lián)系起來(lái)。因?yàn)橐郧疤^(guò)強(qiáng)調(diào)我通過(guò)幾納米去縮小晶體管就好了，3納米的工藝也沒(méi)有真的把晶體管收縮到3納米?！? 2 封裝技術(shù)繼續(xù)創(chuàng)新

在后摩爾時(shí)代，異構(gòu)集成成為芯片的主要發(fā)展方向，在這個(gè)領(lǐng)域，英特爾經(jīng)過(guò)深入研發(fā)，推出了幾個(gè)針對(duì)封裝的總線技術(shù)（詳見我2019年的一篇文章《英特爾發(fā)現(xiàn)一個(gè)大趨勢(shì)，其他廠商會(huì)跟進(jìn)嗎？》），在今天的發(fā)布中，英特爾也更新了封裝技術(shù)。

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1.EMIB作為* 2.5D 嵌入式橋接解決方案將繼續(xù)引領(lǐng)行業(yè)，英特爾自2017年以來(lái)一直在出貨EMIB產(chǎn)品。Sapphire Rapids 將成為采用EMIB（嵌入式多芯片互連橋接）批量出貨的*英特爾®至強(qiáng)®數(shù)據(jù)中心產(chǎn)品。它也將是業(yè)界*提供幾乎與單片設(shè)計(jì)相同性能的，但整合了兩個(gè)光罩尺寸的器件。繼Sapphire Rapids之后，下一代 EMIB的凸點(diǎn)間距將從 55微米縮短至 45微米。

2.Foveros利用晶圓級(jí)封裝能力，提供史上* 3D 堆疊解決方案。Meteor Lake是在客戶端產(chǎn)品中實(shí)現(xiàn)Foveros技術(shù)的第二代部署。該產(chǎn)品具有 36微米的凸點(diǎn)間距，不同晶片可基于多個(gè)制程節(jié)點(diǎn)，熱設(shè)計(jì)功率范圍為 5-125W。
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3.Foveros Omni開創(chuàng)了下一代Foveros技術(shù)，通過(guò)高性能3D堆疊技術(shù)為裸片到裸片的互連和模塊化設(shè)計(jì)提供了無(wú)限制的靈活性。Foveros Omni允許裸片分解，將基于不同晶圓制程節(jié)點(diǎn)的多個(gè)頂片與多個(gè)基片混合搭配，預(yù)計(jì)將于2023年用到量產(chǎn)的產(chǎn)品中。
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4.Foveros Direct實(shí)現(xiàn)了向直接銅對(duì)銅鍵合的轉(zhuǎn)變，它可以實(shí)現(xiàn)低電阻互連，并使得從晶圓制成到封裝開始，兩者之間的界限不再那么截然。Foveros Direct 實(shí)現(xiàn)了10微米以下的凸點(diǎn)間距，使3D堆疊的互連密度提高了一個(gè)數(shù)量級(jí)，為功能性裸片分區(qū)提出了新的概念，這在以前是無(wú)法實(shí)現(xiàn)的。Foveros Direct 是對(duì) Foveros Omni 的補(bǔ)充，預(yù)計(jì)也將于 2023年用到量產(chǎn)的產(chǎn)品中。
Foveros Direct目前提供10微米的凸點(diǎn)間距，甚至比提供25微米微凸點(diǎn)的Foveros Omni也有很大的改進(jìn)。對(duì)于Foveros Omni來(lái)說(shuō)，在0.15 pJ/bit的情況下，這相當(dāng)于約1600根線/mm²。對(duì)于Foveros Direct，這一數(shù)字增加到>10,000線/mm²。宋繼強(qiáng)表示異構(gòu)集成是芯片未來(lái)發(fā)展的一條路徑，封裝工藝會(huì)和原來(lái)的半導(dǎo)體本身制造工藝相輔相成， “EMIB大家已經(jīng)聽說(shuō)過(guò)很多次了，我們已經(jīng)在產(chǎn)品當(dāng)中用了幾代了。目前來(lái)講，我們這一次有一個(gè)Sapphire Rapids，是業(yè)界*把兩個(gè)光罩尺寸器件通過(guò)EMIB連接在一起，最終它的性能和單片處理器是一樣的。這樣我們就更有信心通過(guò)先進(jìn)封裝能力做更大的芯片方案?！彼忉屨f(shuō)，“這次重點(diǎn)是講了Foveros，F(xiàn)overos是3D的封裝能力，它在凸點(diǎn)的間距上完全優(yōu)于EMIB，EMIB是從55降到45再降到40，差不多已經(jīng)達(dá)到了EMIB可以做到的間距下限了。Foveros是直接從三十幾u(yù)m開始，它可以去做3D堆疊解決方案。在Foveros方面我們繼續(xù)推新的技術(shù)，一個(gè)是以前我們介紹過(guò)的ODI（Omni-Directional In terconnect），現(xiàn)在重新命名為Foveros Omni，這個(gè)實(shí)際上主要就是我們?cè)试S它在封裝的時(shí)候能夠把不同制程的多個(gè)頂片和基片，上下混合搭配去封裝，它的連接方向上，包括連接層次上有上下層可以多對(duì)多互相連接，非常的靈活。EMIB或者是原來(lái)的Foveros有的時(shí)候還需要通過(guò)TSA過(guò)孔。Foveros Omni在邊上有銅柱，銅柱可以讓它去跨越上下層之間有些可能并不完全對(duì)齊，或者原來(lái)可能并不是完全align好的的芯片，也可以想辦法把它封裝在一起，這就可以有很大的靈活度，能夠允許我們把這個(gè)技術(shù)應(yīng)用在更多的廠商或者是合作伙伴一起提供的芯片當(dāng)中。”

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他表示這次提的Foveros Diret就是之前講到的Hybrid Bonding技術(shù)，它能夠把芯片直接連接起來(lái)并大幅度縮小凸點(diǎn)之間的間距。原來(lái)大家講到的是幾十um，EMIB是40um以上，F(xiàn)overos是三十幾u(yù)m，二十多就差不多了?，F(xiàn)在如果是用Foveros Diret可以降到10微米以下的間距。這樣的話，它的互連的密度就提高了.

“因?yàn)樵谶@個(gè)技術(shù)里完全不需要使用焊料。原來(lái)的技術(shù)還需要使用焊料，要先加熱片，然后把焊料粘上去，再把兩片粘在一起，這個(gè)本身要留給焊料余地，否則焊料和焊料直接接觸就廢掉了。而Hybrid Bonding完全不需要焊料，上下都是銅，銅之間處理的非常好，所以它可以在常溫下先讓它鍵合起來(lái)，然后再去加熱讓它們?nèi)诤掀饋?lái)，這樣就會(huì)非常穩(wěn)固，不需要再給焊料留余地空間，這樣可以把整個(gè)凸點(diǎn)之間的間距控制的更小?！彼忉屨f(shuō)，“這些把它混合起來(lái)之后，你可以看到我們可以把I/O密度做到很大，甚至可以做到以前做芯片silicon-level?！? 3 英特爾搞代工服務(wù)誰(shuí)最受傷？

從這次英特爾重新命名工藝以及在封裝方面繼續(xù)創(chuàng)新來(lái)看，英特爾是鐵定要開展代工業(yè)務(wù)了，目前高通已經(jīng)表示要采用英特爾的服務(wù)，包括應(yīng)用材料、ASML、IMEC、IBM在內(nèi)的多家公司對(duì)英特爾的這個(gè)服務(wù)前景看好，IBM研究院混合云副總裁Mukesh Khare表示： “IBM和英特爾在*的半導(dǎo)體邏輯和封裝方面有著悠久的創(chuàng)新史。從人工智能到混合云再到下一代系統(tǒng)，兩家知名公司的合作將繼續(xù)推動(dòng)技術(shù)的前沿進(jìn)步。我們很高興能與英特爾在關(guān)鍵研究方面進(jìn)行合作，開發(fā)基礎(chǔ)性技術(shù)，支持整個(gè)電子產(chǎn)業(yè)未來(lái)數(shù)年的發(fā)展。 ”

這樣看來(lái)，未來(lái)臺(tái)積電的代工生意將面臨被英特爾部分截胡的危險(xiǎn)了。

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