不僅有10nm和22FFL工藝制程 英特爾還要聯(lián)手ARM提供晶圓代工

　　英特爾在工藝制程領(lǐng)域的造詣可謂登峰造極。2003年,英特爾推出應變硅90nm芯片,當時屬于首家,領(lǐng)先業(yè)界三年;2007年,英特爾生產(chǎn)出高K金屬柵極的芯片,三年后業(yè)內(nèi)其它公司才推出類似產(chǎn)品;英特爾的32nm工藝具有“自校準通道”的技術(shù)專長,能夠加強連接點的能力,互聯(lián)功能對于縮小晶片面積提升密度極其重要的,同樣領(lǐng)先業(yè)界三年。再到22nm技術(shù),英特爾在2011年成為第一家推出了FinFET工藝的廠商,三年后市場上才出現(xiàn)類似產(chǎn)品。英特爾高級院士、技術(shù)與制造事業(yè)部制程架構(gòu)與集成總監(jiān)Mark Bohr總結(jié),“在過去15年中,英特爾在邏輯制程方面推出所有創(chuàng)新都得到了行業(yè)的廣泛采納。”

　　摩爾定律已經(jīng)失效?還會持續(xù)十年

　　這幾年,英特爾的工藝制程遲遲不做更新,這讓業(yè)界一度懷疑摩爾定律已死。近日,在 “領(lǐng)先?無界”英特爾精尖制造日上,Mark Bohr給出肯定的回答:摩爾定律繼續(xù)有效。可能有人進一步追問:摩爾定律還會持續(xù)多久?Mark Bohr回答地意味深遠:“如果你在20年前問半導體業(yè)內(nèi)專家,他們會告訴你摩爾定律還能繼續(xù)十年,如果你在10年前再問行業(yè)專家,他們還會說十年,現(xiàn)在你問我,我還是會回答十年。我們拿海平面打一個比方,你離海平線越來越近,但它還是不斷往前推進的。”

　　英特爾高級院士、技術(shù)與制造事業(yè)部制程架構(gòu)與集成總監(jiān)Mark Bohr

　　英特爾原來的產(chǎn)品策略是Tick-Tock,一年更新一代產(chǎn)品,另一年更新一代工藝,從14nm周期開始拉長,14nm的更新經(jīng)過了兩年半還多,10nm花費了三年多。用戶更關(guān)心的是英特爾后續(xù)是否回歸到Tick-Tock策略上?英特爾公司全球副總裁邏輯技術(shù)開發(fā)部練習總監(jiān)白鵬表示,“關(guān)于產(chǎn)品策略,我們每年有一個新產(chǎn)品,也可以說是同一技術(shù),比如10納米產(chǎn)品我們有三個wave(三代產(chǎn)品)出來。從產(chǎn)品策略上不會回到Tick-Tock。從技術(shù)節(jié)奏角度來講,14nm和10nm,我們邁的步子比較大一點,所以時間也長一點,還要看具體的技術(shù),我邁多大的步子,這和時間會有關(guān)系,我們還是會維持在兩到三年的節(jié)奏。”

　　啟用“失寵”的計算公式,揭開真正10nm的面紗

　　晶體管密度一直是工藝制程命名的主要標準,摩爾定律是指每代制程工藝都要讓芯片上的晶體管數(shù)量翻一番?？v觀芯片每代創(chuàng)新歷史,業(yè)界一直遵循這一定律,并按前一代制程工藝縮小約0.7倍來對新制程節(jié)點命名,這種線性微縮意味著晶體管密度翻番。因此,出現(xiàn)了90nm、65nm、45nm、32nm——每一代制程節(jié)點都能在給定面積上,容納比前一代多一倍的晶體管。再后來,制程進一步微縮越來越難,一些公司背離了摩爾定律的法則。即使晶體管密度增加很少,或者根本沒有增加,但他們?nèi)岳^續(xù)為制程工藝節(jié)點命新名。結(jié)果導致這些新的制節(jié)點名稱偏離了摩爾定律曲線的正確位置。

　　一般我們理解的摩爾定律計算公式是用柵極距乘以最小金屬距,但是這并不包含邏輯單元設(shè)計,而邏輯單元設(shè)計才會影響真正的晶體管密度。因此英特爾重新啟用曾經(jīng)流行但一度“失寵”的一個計算公式了,它基于標準邏輯單元的晶體管密度,并包含決定典型設(shè)計的多個權(quán)重因素。

　　Mark Bohr解釋,“如果采用這種方式計算,從45納米到32納米一路到14納米、10納米,英特爾密度的提升是非常明顯的,14納米和10納米我們做到的密度提升要比之前做的更多一些。這些14納米和10納米之所以做到密度更多的提升是因為用了超微縮技術(shù),使得我們在密度上得到更大優(yōu)化,分別為2.5倍和2.7倍。通過超微縮技術(shù),10納米將能夠做到7.6平方毫米,這是一個0.43的系數(shù)。所以也意味著能耗功耗更低,密度和性能得到了提升。”

　　關(guān)于這一公式,筆者最大的疑惑就是出處在哪里?是否具有權(quán)威性?Mark Bohr的回答是,“這不是英特爾新創(chuàng)立的公式,而是存在很多年的,而且我們的客戶也呼吁我們站出來對摩爾定律做出解釋。”

　　10nm、22FFL制程亮相,英特爾領(lǐng)先業(yè)界三年

　　本次發(fā)布會的亮點要屬10nm和22FFL制程的閃亮登場。

　　英特爾10納米制程的最小柵極間距從70納米縮小至54納米,且最小金屬間距從52納米縮小至36納米。尺寸的縮小使得邏輯晶體管密度可達到每平方毫米1.008億個晶體管,是之前英特爾14納米制程的2.7倍,大約是業(yè)界其他“10納米”制程的2倍。

　　相比之前的14納米制程,英特爾10納米制程提升高達25%的性能和降低45%的功耗。相比業(yè)界其他所謂的“10 納米”,英特爾10納米制程也有顯著的領(lǐng)先性能。全新增強版的10 納米制程——10+ +,則可將性能再提升15%或?qū)⒐脑俳档?0%。

　　和友商制程進行對比

　　基于多年22納米/14納米的制造經(jīng)驗,英特爾推出了稱為22FFL(FinFET低功耗)的全新工藝。該工藝提供結(jié)合高性能和超低功耗的晶體管,及簡化的互連與設(shè)計規(guī)則,能夠為低功耗及移動產(chǎn)品提供通用的FinFET設(shè)計平臺。與先前的22GP(通用)技術(shù)相比,全新22FFL技術(shù)的漏電量最多可減少100倍。22FFL工藝還可達到與英特爾14納米晶體管相同的驅(qū)動電流,同時實現(xiàn)比業(yè)界28納米/22納米平面技術(shù)更高的面積微縮。

　　聯(lián)手ARM進行晶圓代工:“老虎”要發(fā)威了

　　英特爾要做晶圓代工,這個消息已經(jīng)讓業(yè)界很震驚,而且合作伙伴還是ARM,其中最新發(fā)布的10nm CPU測試芯片流片還具有先進的ARM CPU內(nèi)核,英特爾把ARMCortex A75放到英特爾標準的晶圓代工的流程當中,使用標準的行業(yè)設(shè)計實現(xiàn),電子設(shè)計自動化Place and Route工具和流程,性能高達3GHz以上。其中IP由ARM提供,只花了14周時間就完成了RTL到首個流片。同時,ARM在開發(fā)高性能的存儲器、邏輯單元和CPU POP套件,以進一步擴展下一代ARM CPU在英特爾 10nm技術(shù)上的性能水平。

　　按照商業(yè)邏輯,ARM和英特爾應該是競爭對手關(guān)系,他們的聯(lián)手有著怎樣的意義?英特爾公司技術(shù)與制造事業(yè)部副總裁、晶圓代工業(yè)務聯(lián)席總經(jīng)理 Zane Ball解釋,“第一,所有客戶都希望產(chǎn)品上市時間縮短,這就要求代工非常標準化,非常高效,我們設(shè)計自動化的平臺要非常有效地和整個生態(tài)系統(tǒng)能夠配合起來。我們需要一個強有力的知識產(chǎn)權(quán)生態(tài)鏈,這樣使得我們在整個的晶圓制造行業(yè)里面,讓企業(yè)可以相互配合;第二,所有客戶都要低能耗,不管是14nm、22nm,還是10nm,所有企業(yè)都希望看到單元面積減小,尺寸減小,功耗降低。因此,功耗和性能比極其重要,這也意味著很多市場非常重視的IP。英特爾和ARM之間形成合作伙伴關(guān)系,把ARMCortex A75放到英特爾標準的晶圓代工的流程當中,所以整個流程是標準化的。”

　　英特爾公司技術(shù)與制造事業(yè)部副總裁晶圓代工業(yè)務聯(lián)席總經(jīng)理Zane A.Ball

　　英特爾為什么要做晶圓代工?英特爾公司全球副總裁兼中國區(qū)總裁楊旭只回答了一句話:“老虎不說話,以為是病貓。”說這句話的底氣是英特爾的精尖制造實力,筆者不想多講,只想分析一下晶圓代工和自身產(chǎn)品的發(fā)展平衡。有兩點個問題:一是有在競爭關(guān)系的公司都讓同一晶圓廠來做是否合理?Zane Ball表示,“我們愿意合作,要讓這樣的合作能夠做成。第一,我們要明確的保護知識產(chǎn)權(quán),我們有非常廣泛的信息系統(tǒng),代工廠的業(yè)務集團和其他的業(yè)務集團是不一樣的。第二,客戶在供應方面會獲得優(yōu)先,同時在流程方面也會有平等的、透明的安排。所以這是一個非常明確的公司內(nèi)部政策來處理代工業(yè)務,不會有障礙。”二是開放尖端代工業(yè)務對自身CPU有沒有影響,是否需要適當放緩代工?Zane Ball指出,“我們的策略是非常簡單的,我們不斷的在技術(shù)上推陳出新,和我們客戶保持同步的增長,滿足他們的需求,盡可能快的發(fā)展我們的業(yè)務。所以,我們不會有任何顧慮是不是要適當減緩我們發(fā)展的步驟,我們開足馬力,全力以赴用我們的技術(shù)和創(chuàng)新為客戶服務、為市場服務,盡可能快的發(fā)展。”