在2021 IEEE國際電子器件會議（IEDM）上，英特爾展示了多項技術突破，完整闡述了其未來技術的發(fā)展方向。12月14日，針對這些先進技術及其應用方向，英特爾副總裁，制造、供應鏈和營運集團戰(zhàn)略規(guī)劃部聯(lián)席總經理盧東暉博士進行了全面的解讀。

長期以來，摩爾定律持續(xù)引領著半導體產業(yè)向前發(fā)展，而隨著工藝制程逐漸下探，直至觸達物理極限，新架構、新材料、新封裝逐漸成為延續(xù)摩爾定律的新方向。據盧東暉博士介紹，英特爾組件研究團隊是英特爾乃至業(yè)界先進技術的探路者。這些前沿技術也是指引英特爾延續(xù)摩爾定律的武器，英特爾有信心于2025年重新奪回制程技術領導權。

持續(xù)創(chuàng)新，為延續(xù)摩爾定律注入活力

根據英特爾披露信息表明，為推進摩爾定律延續(xù)，英特爾持續(xù)創(chuàng)新和突破。IEDM 2021上，英特爾組件研究團隊發(fā)布了三大關鍵領域創(chuàng)新，包括晶體管核心微縮技術、300mm硅晶圓集成氮化鎵基功率器件和硅基CMOS、硅基半導體量子計算。

以CPU為例，晶體管數量和密度對CPU性能至關重要。對此，英特爾提出了四點2．5D／3D封裝技術發(fā)展路線。EMIB技術采用2．5D嵌入式橋接方案，應用于Sapphire Rapids處理器的封裝過程中。Foveros及Foveros Omni技術則通過高性能3D堆疊技術，使die－to－die的互連和模塊化設計更加靈活。Foveros Direct技術實現(xiàn)了銅對銅鍵合和低電阻互連，將凸點間距縮小至10微米以下，大幅度提高3D堆疊的互連密度。在混合鍵合（hybrid bonding）技術中，化學機械拋光和沉積、介電層平面性和翹曲程度都影響著芯片鍵合的效果，憑借前沿技術應用，英特爾將封裝互連密度提升至10倍以上。

另一方面，英特爾逐漸引領摩爾定律進入埃米時代，Intel 20A節(jié)點將轉向GAAFET（英特爾將其稱為RibbonFET），通過堆疊多個CMOS晶體管，將邏輯微縮提高了30％至50％。針對未來微縮技術，英特爾克服了傳統(tǒng)硅通道限制，使用2D材料縮短通道長度，從而提高晶體管集成度。

在功率和內存方面，英特爾在300mm晶圓上首次集成了氮化鎵基（GaN－based）功率器件與硅基CMOS，同時采用鐵電存儲器（FeRAM），提供2ns低時延讀寫能力和更大的內存資源。此外，英特爾還表示，未來量子計算等新技術將會逐步取代傳統(tǒng)MOSFET晶體管。英特爾已經在常溫磁電自旋軌道（MESO）邏輯器件、自旋電子材料研究、300mm量子比特制程工藝流程等方面取得進展。

打造設計、制造、封裝一體化能力

據盧東暉博士介紹，芯片制造工藝節(jié)點隨著摩爾定律不斷迭代，其組件密度不斷提高，現(xiàn)有功能模塊占用面積逐漸縮小，IP數量和種類增加，整體芯片成本卻在不斷降低。而當前市場應用需求對能效和算力需求逐漸提升，芯片封裝逐漸朝著異構集成方向發(fā)展。這也意味著晶圓制造和封裝技術越來越重要。

在芯片制程和先進工藝方面，英特爾在14nm時期＋＋＋的迭代升級，以及當時10nm工藝遲遲沒有量產，而AMD已經推進到7nm甚至5nm工藝。因此，英特爾一度被消費市場戲稱為“擠牙膏”。然而，從晶體管密度方面來看，intel 10nm是可以等同于臺積電7nm的。一般而言，業(yè)界將晶體管的柵極長度作為指導晶圓廠命名的方法，而當前晶圓廠工藝制程的命名規(guī)則，已經不再具備現(xiàn)實意義。較之臺積電與三星，英特爾的命名方式又過于保守。英特爾似乎也終于意識到這一點，今年7月，英特爾公布了全新的節(jié)點命名方法。

新節(jié)點命名方式將10nm Enhanced SuperFin更名為Intel 7，與10nm SuperFin相比，每瓦性能提升約10％至15％。而之前的Intel 7nm則更名為Intel 4，是英特爾首個完全采用EUV光刻技術的FinFET節(jié)點，預計2022年下半年量產。Intel 3則取代了原來的7nm＋，延續(xù)FinFET晶體管架構，量產計劃在2023年下半年。在3nm工藝節(jié)點上，三星已經轉向了GAAFET，而英特爾和臺積電仍然堅持在FinFET上繼續(xù)演進。而在Intel 20A（A表示埃米“angstrom”）節(jié)點上，英特爾轉向了GAAFET晶體管架構，并引入了全新的PowerVia技術，預計將于2024年推出。

事實上，自英特爾新任CEO帕特·基辛格上任后，已經宣布多項重大戰(zhàn)略決策。他強調，在IDM2．0時代，英特爾將致力于打造設計、制造、封裝一體化核心技術能力。在封裝方面，英特爾代工服務（IFS）結合領先制程和封裝技術，持續(xù)為客戶交付世界級IP組合。

寫在最后

一顆芯片的誕生開始于芯片設計，隨后經過光罩制作、制造、晶片分揀、封裝測試，到最后成品出貨，這期間需要花費大量的資金和時間成本。盧東暉博士表示，有足夠的資金和時間，任何企業(yè)都能夠實現(xiàn)技術上的迭代，但摩爾定律說到底仍然是經濟定律，企業(yè)要做的是縮減成本，提高市場競爭力。英特爾技術團隊持續(xù)引領前沿技術進步，為半導體領域引導航向，并持續(xù)為英特爾2025年重回巔峰的目標提供驅動力。