文︱郭紫文
图︱Intel
在2021 IEEE国际电子器件会议（IEDM）上，英特尔展示了多项技术突破，完整阐述了其未来技术的发展方向。12月14日，针对这些先进技术及其应用方向，英特尔副总裁，制造、供应链和营运集团战略规划部联席总经理卢东晖博士进行了全面的解读。
长期以来，摩尔定律持续引领着半导体产业向前发展，而随着工艺制程逐渐下探，直至触达物理极限，新架构、新材料、新封装逐渐成为延续摩尔定律的新方向。据卢东晖博士介绍，英特尔组件研究团队是英特尔乃至业界先进技术的探路者。这些前沿技术也是指引英特尔延续摩尔定律的武器，英特尔有信心于2025年重新夺回制程技术领导权。
持续创新，为延续摩尔定律注入活力
根据英特尔披露信息表明，为推进摩尔定律延续，英特尔持续创新和突破。IEDM 2021上，英特尔组件研究团队发布了三大关键领域创新，包括晶体管核心微缩技术、300mm硅晶圆集成氮化镓基功率器件和硅基CMOS、硅基半导体量子计算。
以CPU为例，晶体管数量和密度对CPU性能至关重要。对此，英特尔提出了四点2．5D／3D封装技术发展路线。EMIB技术采用2．5D嵌入式桥接方案，应用于Sapphire Rapids处理器的封装过程中。Foveros及Foveros Omni技术则通过高性能3D堆叠技术，使die－to－die的互连和模块化设计更加灵活。Foveros Direct技术实现了铜对铜键合和低电阻互连，将凸点间距缩小至10微米以下，大幅度提高3D堆叠的互连密度。在混合键合（hybrid bonding）技术中，化学机械抛光和沉积、介电层平面性和翘曲程度都影响着芯片键合的效果，凭借前沿技术应用，英特尔将封装互连密度提升至10倍以上。
另一方面，英特尔逐渐引领摩尔定律进入埃米时代，Intel 20A节点将转向GAAFET（英特尔将其称为RibbonFET），通过堆叠多个CMOS晶体管，将逻辑微缩提高了30％至50％。针对未来微缩技术，英特尔克服了传统硅通道限制，使用2D材料缩短通道长度，从而提高晶体管集成度。
在功率和内存方面，英特尔在300mm晶圆上首次集成了氮化镓基（GaN－based）功率器件与硅基CMOS，同时采用铁电存储器（FeRAM），提供2ns低时延读写能力和更大的内存资源。此外，英特尔还表示，未来量子计算等新技术将会逐步取代传统MOSFET晶体管。英特尔已经在常温磁电自旋轨道（MESO）逻辑器件、自旋电子材料研究、300mm量子比特制程工艺流程等方面取得进展。
打造设计、制造、封装一体化能力
据卢东晖博士介绍，芯片制造工艺节点随着摩尔定律不断迭代，其组件密度不断提高，现有功能模块占用面积逐渐缩小，IP数量和种类增加，整体芯片成本却在不断降低。而当前市场应用需求对能效和算力需求逐渐提升，芯片封装逐渐朝着异构集成方向发展。这也意味着晶圆制造和封装技术越来越重要。
在芯片制程和先进工艺方面，英特尔在14nm时期＋＋＋的迭代升级，以及当时10nm工艺迟迟没有量产，而AMD已经推进到7nm甚至5nm工艺。因此，英特尔一度被消费市场戏称为“挤牙膏”。然而，从晶体管密度方面来看，intel 10nm是可以等同于台积电7nm的。一般而言，业界将晶体管的栅极长度作为指导晶圆厂命名的方法，而当前晶圆厂工艺制程的命名规则，已经不再具备现实意义。较之台积电与三星，英特尔的命名方式又过于保守。英特尔似乎也终于意识到这一点，今年7月，英特尔公布了全新的节点命名方法。
新节点命名方式将10nm Enhanced SuperFin更名为Intel 7，与10nm SuperFin相比，每瓦性能提升约10％至15％。而之前的Intel 7nm则更名为Intel 4，是英特尔首个完全采用EUV光刻技术的FinFET节点，预计2022年下半年量产。Intel 3则取代了原来的7nm＋，延续FinFET晶体管架构，量产计划在2023年下半年。在3nm工艺节点上，三星已经转向了GAAFET，而英特尔和台积电仍然坚持在FinFET上继续演进。而在Intel 20A（A表示埃米“angstrom”）节点上，英特尔转向了GAAFET晶体管架构，并引入了全新的PowerVia技术，预计将于2024年推出。
事实上，自英特尔新任CEO帕特·基辛格上任后，已经宣布多项重大战略决策。他强调，在IDM2．0时代，英特尔将致力于打造设计、制造、封装一体化核心技术能力。在封装方面，英特尔代工服务（IFS）结合领先制程和封装技术，持续为客户交付世界级IP组合。
写在最后
一颗芯片的诞生开始于芯片设计，随后经过光罩制作、制造、晶片分拣、封装测试，到最后成品出货，这期间需要花费大量的资金和时间成本。卢东晖博士表示，有足够的资金和时间，任何企业都能够实现技术上的迭代，但摩尔定律说到底仍然是经济定律，企业要做的是缩减成本，提高市场竞争力。英特尔技术团队持续引领前沿技术进步，为半导体领域引导航向，并持续为英特尔2025年重回巅峰的目标提供驱动力。
