自發表IDM 2.0戰略後,英特爾(Intel)顯然在半導體製程的推進上加足馬力。27日英特爾詳盡揭露其製程與封裝技術的最新路線規劃,並宣布一系列基礎創新,為2025年及其之後的產品注入動力。除了首次發表全新電晶體架構RibbonFET外,尚有稱作PowerVia的背部供電方案。英特爾亦強調迅速轉往下一世代EUV工具的計畫,稱之為高數值孔徑(High NA) EUV。此外,英特爾亦調整製程命名,改以晶圓代工的標準作為命名準則,並宣布高通(Qualcomm)跟AWS將分別採用英特爾的前後段製造服務。
業內眾所周知的事實是,目前半導體業早已不再用電晶體閘極寬度的一半作為製程節點的命名方式。因此,為了減少客戶混淆,英特爾正式修改其製程節點的命名原則,讓客戶有更精確的認知。隨著英特爾成立Intel Foundry Services(IFS),容易理解的製程命名原則比以往更重要。英特爾執行長Pat Gelsinger表示,這次所揭曉的各種創新,不僅開展了英特爾的產品路線規劃,它們對於我們晶圓代工的客戶也相當重要。
未來英特爾的製程命名方式將以Intel開頭,後面加上對應的數字。這次發表的共有Intel 7、Intel 4、Intel 3與Intel 20A。這些數字不再跟線寬掛勾,而是以是晶圓代工業者作為參照對象。例如Intel 7就意味著該製程與晶圓代工業者的7奈米製程,在功耗、性能、面積(PPA)上有相當的表現,依此類推。20A則是20埃米(Angstrom, A)的意思,等於2奈米。英特爾創新科技總經理謝承儒特別解釋,因為半導體製程很快就會進入1奈米以下,為避免日後的製程命名出現小數點,故Intel將提前在2奈米世代改用埃米作為命名單位。
除了以晶圓代工業者各製程節點的PPA做為日後Intel自家製程的命名參照基準外,即將在2021~2025年問世的新製程,還將包含許多新的技術。
• Intel 7:植基於FinFET最佳化,相較Intel 10nm SuperFin,每瓦效能可提升大約10%~15%。Intel 7將會使用在2021年的Alder Lake用戶端產品,以及2022年第一季量產的Sapphire Rapids資料中心產品。
• Intel 4:全面使用極紫外光(EUV)微影技術,透過超短波長的光,印製極小的形狀。伴隨每瓦效能提升約20%,以及面積改進,Intel 4將於2022下半年準備量產,2023年開始出貨,client用戶端Meteor Lake和資料中心Granite Rapids將率先採用。
• Intel 3:進一步汲取FinFET最佳化優勢與提升EUV使用比例,以及更多的面積改進,Intel 3相較Intel 4約能夠提供18%的每瓦效能成長幅度。Intel 3將於2023下半年準備開始生產。
• Intel 20A:以RibbonFET和PowerVia這2個突破性技術開創埃米時代。RibbonFET為英特爾環繞式閘極(Gate All Around)電晶體的實作成果,亦將是自2011年推出FinFET後,首次全新電晶體架構。此技術於較小的面積當中堆疊多個鰭片,於相同的驅動電流提供更快的電晶體開關速度。PowerVia為英特爾獨特、業界首次實作的背部供電,藉由移除晶圓正面供電所需迴路,以達最佳化訊號傳遞工作。Intel 20A預計將於2024年逐步量產。
• 2025與未來:Intel 20A之後,改良自RibbonFET的Intel 18A已進入開發階段,預計於2025年初問世,將為電晶體帶來另一次的重大性能提升。英特爾也正在定義、建立與布署下一世代的EUV工具,稱之為高數值孔徑EUV,並有望獲得業界首套量產工具。英特爾正與ASML緊密合作,確保這項業界突破技術能夠成功超越當代EUV。
除了前段製程外,英特爾亦在先進封裝方面披露新的技術發展路線圖。在2.5D的Co-EMIB與3D Forveros封裝後,英特爾將推出Forveros Omni與Forveros Direct兩種新的3D封裝技術。Forveros Omni採用晶片與晶片連結與模組化設計,提供不受限的靈活高效能3D堆疊技術。此技術允許混合多個頂層晶片塊與多個基底晶片塊,以及橫跨多種晶圓廠節點的分拆晶片(Die Disaggregation)設計,預計將於2023年大量生產。
Forveros Direct則是Forveros Omni的補充技術,其特點在為降低互連電阻,將改採直接銅對銅接合(Copper to Copper Direct Bond)。這項技術將使晶圓前後段製程之間的界線變得更加模糊。Foveros Direct能夠達成低於10微米的凸點間距,讓3D堆疊的互聯密度提升一個量級,為原先被認為無法達成的功能性晶片分割開啟新頁。因此,Forveros Omni跟Foveros Direct,將成為進一步落實Chiplet設計理念的重要工具,且都預計於2023年問世。
除了新的前後段製程技術外,英特爾也宣布,高通(Qualcomm)將成為其Intel 20A製程技術的客戶,亞馬遜(Amazon)的AWS則會是第一個採用IFS封裝解決方案的客戶。