老帕开讲,Intel执行长Pat Gelsinger分析半导制程状况并预估发展速度将超越摩尔定律

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由Intel共同创办人Gordon Moore提出的摩尔定律已经预估半导体产业发展近60年,Intel现任执行长Pat Gelsinger在Intel Innovation 2021开幕演说中重申摩尔定律还活得很好!



电晶体密度每2年增加1倍

根据维基百科记载,Gordon Moore于1965年4月19日在《电子学杂志》(Electronics Magazine)发表的文中提到,半导体晶片上整合的电晶体和电阻数量将每年增加1倍。并在1975年发表于IEEE国际电子元件大会的论文中,根据当时的实际情况将摩尔定律进行为「每2年增加1倍」。



在摩尔定律提出将近50年的历程后,半导体制程越来越接近物理极限,让电晶体尺寸难以继续缩小,因此让摩尔定律是否能持续预测半导体发展遭到质疑,Pat Gelsinger则在Intel Innovation 2021开幕演说发表了最新的分析。



在开幕演说影片的16分钟40秒处,Pat先帮大家复习了一下1972到2021年间,Intel制程工艺的发展的轨迹。



影片摘要如下方图文所示,也建议读者先阅读笔者撰写的《半导体制程怎么命名比较好?Intel:遵照摩尔定律走就对了》与《Intel发表全新制程节点命名规则,2024年开始2nm节点量产》文,以了解背景知识。



Pat Gelsinger在Intel Innovation 2021开幕演说回顾了Intel制程工艺的发产过程,读者可以在这边观看重播。



1972年时,Intel使用换算等同于10,000nm的10µm制程生产8008处理器。



1974推出的8080处理器时,已进步至8µm制程。



Pat Gelsinger于1979年加入Intel,当时已推进至2µm制程。



将时间快转到2003年,导入应变矽(Strained Silicon)、高介电(High-κ)材料,以及改善金属闸极材料,让制程缩小到50nm。



2011年完成商用实作的FinFET(鳍式场效电晶体)技术,颠覆传统电晶体的设计方式,导致使用传统命名方式已经不能适切反映电晶体结构特性,因此将制程命名为22nm节点。



2014年推出最为经典的14nm节点,仿佛昨日之事。



2020年的10nm节点Super FinFET技术能够提升效能表现约20%。



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▲2021年最新的Alder Lake处理器,将采用改变命名规则的Intel 7节点。



未来Intel 20A制程节点将会导入RibbonFET、PowerVia等技术。



新一代革命即将到来

在Intel 2020年的架构日,就曾介绍过RibbonFET、PowerVia这2项会再次颠覆电晶体设计的技术,Pat Gelsinger宣称这不但会让Intel在未来10年能够延续摩尔定律,甚至能带来2倍于摩尔定律的开发速度。



RibbonFET是环绕式闸极(GAAFET)的实作,能够让原本FinFET技术中通道周围只有3面与闸极接触的情况,提升为4面都与闸极接触,可以强化电路控制能力并有效提高时脉,同时降低漏电。



PowerVia则是将传统电晶体中讯号与电力线路分离,并将电力线路放在由原本穿杂于晶圆内部移动到晶圆背面,也能发挥降低讯号干扰并提高时脉,以及降低漏电的效果。



RibbonFET的通道4面都与闸极接触,可以强化电路控制能力并有效提高时脉,同时降低漏电。



在设计过程中,可以增加通道厚度与宽度,提升处理器的运算效能。



如果考量省电的话,可以在设计时增加通道但缩小尺寸,以降低功耗与漏电。



在CMOS技术中,配对的NMOS与PMOS是以水平方式排列,较占用晶圆面积。



Intel正在研发以立体方式堆叠的CMOS,能够进一部减少占用面积。



PowerVia透过将讯号与电力线路分离,发挥降低讯号干扰并提高时脉的效果。





▲Pat Gelsinger宣称摩尔定律不死(Moore’s law is alive and well.),而且在未来10年内发展速度可能超车摩尔定律当初的预测。





▲更多RibbonFET与PowerVia的介绍,可以参考这支影片的详细说明。



我们很快就会在11月4日看到采用Intel 7节点制程的Alder Lake处理器的真正效能实力,而预计于Intel 20A节点制程导入的RibbonFET与PowerVia是否会引爆技术革命,就让我们继续看下去。

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