2025年前重获芯片制造领先地位，英特尔做了哪些准备？

半导体制造的战场从来都是“一步慢，步步慢”，逆风翻盘何其艰难。

在近来全球芯片缺货的大背景下，业界关注的一个主要方向便是英特尔的“掉队”问题。前有7nm CPU 产品量产较先前预期连续两度推迟，后有长期合作伙伴苹果转投自家M1芯片以及老对手AMD凭借Zen架构逆势崛起。

腹背受敌之下，英特尔于今年年初宣布Bob Swan于2月15日卸任CEO，英特尔前高管、VMware CEO Pat Gelsinger将成为英特尔的新任掌门人。

Pat Gelsinger

在新的管理层领导下，英特尔的目标是夺回它拥有几十年的王位，并在2025年前重新获得制造芯片的技术领先地位。

如今，半年的时间过去了，这位新CEO也到了交出第一份答卷的时候了。

7 月 27日，英特尔在美国加州圣克拉拉召开了“英特尔加速创新：制程工艺和封装技术线上发布会”。对于英特尔来说，这场发布会的意义非凡，会议涉及的信息量巨大，包括最详细的工艺和封装技术路线图，并展示了将在2025年及以后的产品创新。

▍RibbonFET和PowerVia

英特尔公司强调其计划迅速采用下一代极紫外光刻技术（EUV），即高数值孔径（High NA）EUV。

目前，英特尔已准备好接收业内第一个高NA EUV生产工具。

“基于英特尔在先进封装领域毋庸置疑的领导地位，我们正在加速我们的创新路线图，以确保我们在2025年之前走上一条明确的工艺性能领导道路。我们正在利用我们无与伦比的创新管道，实现从晶体管到系统级的技术进步。在摩尔定律失效之前，我们将不懈地追求我们用硅的魔力进行创新的道路。”Gelsinger说。

“过去几年，英特尔犯了一些非常严重的错误。”行业分析师、Real World Insight公司总裁David Kanter说，“而人们普遍认为，为了提高性能，晶体管架构需要下一次演变。”

所以，英特尔公布了两项“突破性”的工艺技术。RibbonFET，英特尔十多年来的第一个新的晶体管架构，以及PowerVia，一个行业内首次出现的背面电源传输技术。

“背面电源传输是比较独特的。”Kanter说，“这实际上是一个非常复杂的技术，主要的好处是在性能方面。有利于那些更关心性能而不是成本的客户。”

英特尔还表示，它的目标是通过Foveros Omni和Foveros Direct技术在先进的三维封装创新方面继续保持领先地位，这些技术使其能够在三维空间中封装芯片。

▍明晰节点，以正视听

“我们从行业内的很多人那里意识到，我们的制程节点命名确实与行业的其他人不一致，”英特尔逻辑开发部总经理Sanjay Natarajan说。“我们已经意识到，我们的命名已经与行业的其他人混淆了。英特尔的10纳米技术与台积电的7纳米技术相匹配，等等。现在我们有了一个清晰的对照表。”

“在节点命名上，英特尔比台积电和三星更诚实。我认为，从台积电和三星正在做的事情来看，英特尔的重新命名是公平和可信的，”Moor Insights & Strategy公司的分析师Patrick Moorhead说。“目前还没有行业标准的方式来比较这些节点。”

“业界早就认识到，传统的基于纳米的工艺节点命名在1997年就不再与实际指标相匹配。今天，英特尔为其工艺节点推出了新的命名结构，创建了一个清晰一致的框架，让客户对整个行业的工艺节点有一个更准确的看法。”Natarajan说。

“我认为英特尔的重新命名与代工厂的命名方案相当一致，”Kanter说。“历史上，由于台积电的16纳米工艺使得各方开始变得不同步，这实际上是他们采用FinFET晶体管的20纳米工艺。所以它并没有真正提高密度（但FinFETs提高了性能），但台积电还是决定将其称为16纳米......而整个行业都在跟进。我认为这里的很多动机是采用术语，以便在客户、供应商、媒体、分析师、投资者等整个社区进行有效的沟通和理解。总的来说，我认为重新命名将有助于人们更准确地了解情况。”

英特尔表示，随着英特尔代工服务的推出，这种清晰度比以往任何时候都重要，该服务将制造由其他公司设计的芯片。

▍英特尔7、英特尔4和英特尔3

英特尔7是英特尔对一种新的制造工艺的命名，这个名字描述了竞争对手提供的同等产品。例如，台积电的7纳米制造工艺。与上一代基于FinFET晶体管优化的SuperFin产品相比，英特尔7每瓦性能提高了约10%至15%。

英特尔7

英特尔7将在2021年用于客户的Alder Lake和用于数据中心的Sapphire Rapids等产品中出现，后者预计将在2022年第一季度投入生产。

英特尔4完全采用EUV光刻技术，利用超短波长的光打印。由于每瓦性能提高了约20%，再加上面积的改进，英特尔4将在2022年下半年准备好生产，用于2023年出货的产品，包括用于客户端的Meteor Lake和用于数据中心的Granite Rapids。

英特尔3则利用进一步的FinFET优化和更多的EUV，使每瓦性能比英特尔4提高了18%，同时还有额外的区域改进。英特尔3将在2023年下半年准备好开始制造产品。

▍新节点：埃米时代

凭借着RibbonFET和PowerVia两项突破性的技术，英特尔20A将正式开启“埃米时代”。

RibbonFET是英特尔实现的全栅极晶体管，将是该公司自2011年率先推出FinFET以来的首个新晶体管架构。该技术提供了更快的晶体管开关速度，同时在更小的尺寸内实现了与多鳍片相同的驱动电流。

PowerVia是英特尔在行业内首次实现的独特的背面电源传输，通过消除晶圆正面的电源路由，优化了信号传输。

“我们要用20A这个词的部分原因是，我们在这项技术中带来了一些突破性的创新，”Natarajan说。“一个是我们的RibbonFET，这是一个新的晶体管架构。另一个是PowerVia，这是一个突破性的传输创新。”

英特尔20A预计将在2024年投产。

“我们有一条通往工艺主导地位的明确道路，”Natarajan说。“在2024年，英特尔20A节点让我们追上对手，然后英特尔18A让我们在2025年达到领先地位。”

▍2025年及以后

除了英特尔20A之外，英特尔18A已经在为2025年初进行开发，对RibbonFET的改进将在晶体管性能方面实现另一个重大飞跃。该公司还在努力定义、建造和部署下一代高NA EUV，并预计将获得业界第一个生产工具。

英特尔正与ASML紧密合作，以确保这一行业的成功突破超越目前的一代 EUV。

“英特尔在基础工艺创新方面有着悠久的历史，这些创新推动了行业的飞跃发展，”英特尔高级副总裁兼技术发展部总经理Ann Kelleher说。“我们领导了在90纳米向应变硅的过渡，在45纳米向高k金属栅的过渡，以及在22纳米向FinFET的过渡。英特尔20A将是工艺技术的另一个分水岭。”

随着英特尔新的IDM 2.0战略的实施，封装对于实现摩尔定律变得更加重要。

英特尔表示，嵌入式多芯片互连桥接器（EMIB）作为首个2.5D嵌入式桥接器解决方案，继续引领行业发展，产品自2017年开始出货。Sapphire Rapids将是第一个使用EMIB批量出货的至强数据中心产品。它也将是业界第一个双网状尺寸的设备，提供与单片设计几乎相同的性能。除了Sapphire Rapids，下一代EMIB将从55微米的凸点间距转移到45微米。

在此基础上，Foveros将利用晶圆级封装能力，提供首个3D堆叠解决方案。Meteor Lake将是Foveros在客户产品中的第二代实施方案，其特点是凸起间距为36微米，横跨多个技术节点，热设计功率范围为5瓦至125瓦。

Foveros Omni迎来了下一代Foveros技术，它通过高性能的3D堆叠技术为芯片间互连和模块化设计带来了灵活性。Foveros Omni允许模块分解，在混合晶圆厂节点上将多个顶层芯片模块与多个底层模块混合，预计将在2023年准备好进行批量制造。

Foveros Direct将铜与铜之间的直接接合用于低电阻互连，并模糊了晶圆结束和封装开始之间的界限。Foveros Direct实现了亚10微米的凸点间距，使3D堆叠的互连密度提高了一个数量级，为以前无法实现的功能芯片分区打开了新的概念。Foveros Direct是对Foveros Omni的补充，预计也将在2023年完成。

英特尔表示，以上这些突破将主要在英特尔位于俄勒冈州和亚利桑那州的工厂开发的，这巩固了该公司作为唯一一家在美国研发和生产的领先企业的地位。