據(jù)國外媒消息，英特爾副總裁兼技術(shù)開發(fā)負(fù)責(zé)人Ann Kelleher近日表示，英特爾公司正在實現(xiàn)重新獲得半導(dǎo)體制造領(lǐng)導(dǎo)地位這一目標(biāo)。

英特爾目前在大規(guī)模生產(chǎn)7nm芯片的同時，還做好了生產(chǎn)4nm芯片的準(zhǔn)備，并將在2023年下半年準(zhǔn)備生產(chǎn)3nm芯片。

Kelleher表示：“英特爾按季度制定的里程碑顯示，我們處于領(lǐng)先地位或步入正軌?！彼f，英特爾目前正在量產(chǎn)7nm芯片，另外已準(zhǔn)備好開始制造4nm芯片，并將準(zhǔn)備在明年下半年轉(zhuǎn)向3nm。

在IEDM會議上，英特爾分享了它的工藝技術(shù)路線圖和它對未來三到四年內(nèi)將出現(xiàn)的芯片設(shè)計的設(shè)想。正如預(yù)期的那樣，英特爾的下一代制造工藝--英特爾4和英特爾3--有望在2023年和2024年分別用于大批量制造（HVM）。此外，該公司的20A和18A生產(chǎn)節(jié)點將在2024年為HVM做好準(zhǔn)備，這意味著18A將提前上市，IEEE Spectrum發(fā)布的一張幻燈片表明。


1、英特爾4準(zhǔn)備就緒，英特爾3將于2023年下半年推出

明年，英特爾將發(fā)布代號為Meteor Lake CPU的第14代酷睿，這是其首個采用多芯片（或多瓦）設(shè)計的大眾市場客戶處理器，每個芯片組都將使用不同的工藝技術(shù)制造。英特爾的Meteor Lake產(chǎn)品將包括四塊芯片：使用英特爾4號工藝技術(shù)（又稱7納米EUV）制造的計算芯片（CPU內(nèi)核）、臺積電可能使用其N3或N5節(jié)點生產(chǎn)的圖形芯片、SoC芯片和I/O芯片。此外，這些瓦片將使用英特爾的Foveros 3D技術(shù)進行互連。

Meteor Lake的計算瓦片可以說是軟件包中最令人興奮的部分，因為它將在英特爾4（以前稱為7納米）上制造，這是該公司第一個將使用極紫外（EUV）光刻的生產(chǎn)節(jié)點。據(jù)英特爾稱，這種制造工藝已經(jīng)準(zhǔn)備好進行大規(guī)模生產(chǎn)，盡管它將在幾個月后才被部署到Meteor Lake的計算芯片的HVM上。考慮到英特爾在2021年10月對該計算芯片進行了供電，該節(jié)點到現(xiàn)在已經(jīng)準(zhǔn)備好進行生產(chǎn)，這并不令人驚訝。有點出乎意料的是，英特爾沒有確認(rèn)這種工藝技術(shù)是用來制造Ponte Vecchio的Xe-HPC計算GPU瓦片的，正如兩年前種植的那樣。

英特爾將在臺積電近四年后開始使用EUV，臺積電在2019年第二季度開始在其N7+節(jié)點上生產(chǎn)芯片。英特爾需要確保其4納米級節(jié)點的性能達(dá)到預(yù)期，并提供良好的產(chǎn)量，因為這將是該公司相當(dāng)不幸的10納米工藝系列之后的第一個節(jié)點，該工藝在其生命周期的早期沒有達(dá)到預(yù)期的性能，其成本高于該公司幾年前的期望。

由于英特爾必須追趕其競爭對手三星晶圓廠和臺積電，其英特爾4工藝技術(shù)將在2023年~2024年加入其英特爾3制造節(jié)點（3納米級）。根據(jù)英特爾分享的數(shù)據(jù)，這種工藝將在2023年下半年具備制造條件。它將用于制造英特爾代號為Granite Rapids和Sierra Forest的處理器，這是該公司備受矚目的產(chǎn)品。Sierra Forest預(yù)計將成為該公司第一個使用節(jié)能內(nèi)核的數(shù)據(jù)中心CPU，并將與各種基于Arm的高內(nèi)核產(chǎn)品競爭。

英特爾已經(jīng)要在Xeon'Granite Rapids'樣品上下功夫了，所以看起來CPU的設(shè)計已經(jīng)準(zhǔn)備好了，而節(jié)點本身也在HVM 2024的軌道上。

"'花崗巖急流'的第一步已經(jīng)出爐，產(chǎn)量不錯，英特爾3號繼續(xù)按計劃進展，"英特爾首席執(zhí)行官Pat Gelsinger在最近的收益電話會議上說。"Emerald Rapids顯示出良好的進展，正在按計劃完成2023年的任務(wù)，Granite Rapids非常健康地在許多配置中運行多個操作系統(tǒng)，加上Sierra Forest，我們的第一個E-core產(chǎn)品提供世界一流的每瓦特性能，都在2024年穩(wěn)固地進行。"



2、英特爾的18A被移到了2024年下半年

追趕臺積電和三星是很重要的，但要恢復(fù)其工藝技術(shù)的領(lǐng)先地位，英特爾將不得不跨越這兩個對手的步伐。這將在2024年的某個時候發(fā)生，屆時該公司將公布其20A（20埃，或2納米）節(jié)點，該節(jié)點將使用其門控全方位晶體管品牌RibbonFET，以及稱為PowerVia的背面電源傳輸。英特爾預(yù)計其20A節(jié)點將在2024年上半年做好生產(chǎn)準(zhǔn)備；它將用于制造--除其他外--2024年該公司用于客戶端PC的代號為Arrow Lake的處理器的小芯片。

英特爾的20A將是業(yè)界第一個2納米級節(jié)點，它還將廣泛使用EUV來最大限度地提高晶體管密度，提供體面的性能改進，并降低功耗。2024年，它將與臺積電為提高晶體管密度和性能而設(shè)計的第三代3納米級（N3S、N3P）工藝技術(shù)競爭。這三個節(jié)點如何相互疊加，還有待觀察。不過，英特爾為其20A工藝設(shè)定了很高的標(biāo)準(zhǔn)，因為它同時引入了兩項重大創(chuàng)新（GAA、BPD）。

然而，20A并不是英特爾計劃在2025年底開始使用的最先進的工藝技術(shù)。該公司還在準(zhǔn)備其18A（18埃，1.8納米）生產(chǎn)節(jié)點，有望為英特爾及其英特爾代工服務(wù)客戶進一步提高PPA（性能、功率、面積）優(yōu)勢。

對于18A，英特爾最初計劃使用具有0.55數(shù)值孔徑（NA）光學(xué)器件的EUV工具，這將提供8納米的分辨率（低于目前使用的具有0.33 NA的EUV工具的13納米）。但ASML生產(chǎn)的高NA EUV設(shè)備將在2025年才準(zhǔn)備好，而英特爾的目標(biāo)是其18A在2025年下半年準(zhǔn)備生產(chǎn)，領(lǐng)先于其競爭對手。

由于使用當(dāng)前一代的EUV工具有可能使3nm后的節(jié)點達(dá)到8nm的分辨率，并采用多圖案技術(shù)（盡管這將延長生產(chǎn)周期，并有可能影響產(chǎn)量），英特爾愿意為18A承擔(dān)一些額外的風(fēng)險，并使用ASML的Twinscan NXE:3600D或NXE:3800E來制造這一節(jié)點的芯片，因為它認(rèn)為這將為它帶來無可爭議的市場領(lǐng)先地位。

事實證明，第一批20A和18A的測試芯片已經(jīng)被錄制出來了。


3、誰能坐穩(wěn)后摩爾時代工藝制程王座？

英特爾CEO基辛格曾表示要重回生產(chǎn)技術(shù)的領(lǐng)導(dǎo)地位，“重回領(lǐng)導(dǎo)地位”的前提條件是，英特爾曾經(jīng)長期處于領(lǐng)導(dǎo)地位。以及此處我們所談及的生產(chǎn)技術(shù)，具體是指半導(dǎo)體尖端制造工藝。

回溯英特爾早期工藝，在14nm之前，英特爾始終推動著業(yè)界的主要制程工藝創(chuàng)新，并始終保持著比別家fab和foundry廠領(lǐng)先幾年的技術(shù)水平。比如在90nm時代，英特爾針對應(yīng)力增強引入eSiGe(嵌入硅鍺)，為業(yè)界首位；2005年英特爾首度采用HKMG(high-k metal gate，高介電常數(shù)金屬柵)，比別家提前了5年以上；2011年英特爾22nm工藝首次引入FinFET結(jié)構(gòu)晶體管......

在14nm以后，英特爾遭遇技術(shù)瓶頸，首先是原本計劃的Fab 14工廠升級工藝被取消，而后10nm屢屢受挫，7nm變得遙遙無期。直至今年，英特爾在IEEE VLSI會議上公開了自己首個7nm工藝。

在英特爾先進工藝陷入停擺的這段時間，臺積電和三星一路高歌猛進，臺積電自7nm工藝后則穩(wěn)坐先進節(jié)點王座。

2018年N7(7nm)工藝問世可作為臺積電超過英特爾的拐點，也是這時，AMD Zen 2架構(gòu)CPU開始采用臺積電7nm工藝，并在最終出售的CPU產(chǎn)品上，首次實現(xiàn)對英特爾處理器的部分超越。此后臺積電迅速在2020年推出6nm和5nm，并宣布在今年4季度量產(chǎn)3nm，以及計劃于2024年下半年進入風(fēng)險性試產(chǎn)的2nm節(jié)點。

向上追趕是常態(tài)，英特爾計劃2030年超越三星代工業(yè)務(wù)，而三星也揚言2030年要超越臺積電。今年7月，三星宣布量產(chǎn)3nm制程，并將率先采用GAA技術(shù)還計劃2023年推出第二代3nm制程，并更進一步計劃到2025年發(fā)展達(dá)到2nm制程，到2027年達(dá)到1.4nm制程。業(yè)界人士表示，三星的計劃表還是有可能實現(xiàn)的，其目前的關(guān)鍵問題還在于產(chǎn)品良率。

據(jù)TrendForce集邦咨詢研究顯示，在今年第二季前十大晶圓代工產(chǎn)值中，臺積電第二季營收為181.5億美元，5/4nm營收季增約11.1%，是第二季營收表現(xiàn)最佳的制程節(jié)點，7/6nm制程節(jié)點營收季增2.8%。三星方面，7/6nm產(chǎn)能陸續(xù)轉(zhuǎn)換至5/4nm制程，良率持續(xù)改善，帶動第二季營收達(dá)55.9億美元，季增4.9%。同時，首個采用GAA架構(gòu)的3GAE制程于今年第二季底正式量產(chǎn)，首波客戶為挖礦公司PanSemi。

當(dāng)下，跌出神壇的英特爾計劃通過在產(chǎn)業(yè)、人才、技術(shù)等各個方面的布局重回巔峰，聚焦在尖端制造工藝方面，英特爾的計劃是4年要推進從Intel 7到Inetl 18A的5個主要工藝節(jié)點。

Intel 7已經(jīng)在2021年量產(chǎn)，英特爾計劃將于今年下半年量產(chǎn)(或做好量產(chǎn)準(zhǔn)備)Intel 4（相當(dāng)于7nm）；在明年下半年量產(chǎn)(或做好量產(chǎn)準(zhǔn)備)Intel 3；2024年上半年量產(chǎn)(或做好量產(chǎn)準(zhǔn)備)Intel 20A;以及2024年下半年量產(chǎn)(或做好量產(chǎn)準(zhǔn)備)Intel 18A。

業(yè)界人士表示，英特爾4年跨5個節(jié)點計劃雖然有些夸張，但是值得注意的是，英特爾已經(jīng)在一些方面充分吸取了此前的教訓(xùn)，并做了一些技術(shù)方面的更改。

早年英特爾嚴(yán)格地遵循著“摩爾定律”，畢竟摩爾定律就是英特爾的Gordan Moore提出的，在此期間，英特爾十分執(zhí)著晶體管密度的闕值。公開資料顯示，從英特爾公布的邏輯晶體管密度進化方向看22nm→14nm，英特爾達(dá)成了2.5倍晶體管密度提升；而14nm→10nm，英特爾的目標(biāo)是2.7倍的晶體管密度提升。英特爾當(dāng)年稱其為Hyper Scaling超級縮放。這些值可謂是非常的客觀的，畢竟臺積電N7→N5 1.9x密度提升，N5→N3 1.6x密度提升已經(jīng)是業(yè)界領(lǐng)先了。

同樣的，業(yè)界有許多人士認(rèn)為，英特爾10nm、7nm工藝難產(chǎn)的關(guān)鍵，就在英特爾對于晶體管密度的偏執(zhí)上。英特爾在2021年對其工藝節(jié)點進行了改名操作，并推出了4年更新5代節(jié)點的設(shè)想，實際上都是對過去偏執(zhí)于晶體管密度提升這一傳統(tǒng)的拋棄。

從臺積電、三星、英特爾的先進節(jié)點計劃看，如果大家的工藝進程都按時推進的話，三家可能會在2024或2025年兩年里推出的2nm工藝上正面交鋒，屆時又將發(fā)生什么樣的變數(shù)呢？我們拭目以待！