2022年IEEE VLSI技术和电路研讨会将于6月13日至6月17日在夏威夷檀香山举行。来自英特尔的研究人员正在发表13篇论文,其中包括一种新的先进互补金属氧化物半导体(CMOS)鳍式场效应晶体管(FinFET)技术“Intel 4”的结果,表明在Iso-功率下晶体管性能比“Intel 7”工艺提高了20%以上。
英特尔在过去几年中的一些制造失误,为AMD等竞争对手带来了重大优势,现在AMD 正处于一项雄心勃勃的五年计划中,以重新获得其芯片制造魔力。
本周,英特尔在周一开始的2022年IEEE VLSI技术和电路研讨会上详细说明如何在不久的将来制造出从制造角度来看更快,更便宜,更可靠的芯片。
细节围绕着“Intel 4”,这个制造节点以前被称为芯片制造商的7nm工艺。英特尔计划将该节点用于明年进入市场的产品,其中包括用于PC的Meteor Lake CPU和Granite Rapids服务器芯片的计算模块。
“Intel 4” 是英特尔的过渡过程。它是第一个使用EUV(极紫外,即软X射线)光刻而不是深紫外浸没光刻的英特尔工艺节点。“Intel 4”工艺中实现的进步通过将可实现的晶体管密度相对于“Intel 7”(以前称为 10nm 增强型超级鳍 (10ESF))的工艺节点加倍,从而维持了摩尔定律。
英特尔此前曾承诺,“Intel 4”的每瓦性能将比“Intel 7”提高20%,“Intel 4”以前被称为该公司的10nm增强型SuperFin节点,为Alder Lake客户端CPU和最近延迟的Sapphire Rapids服务器芯片提供动力。
在简报中,负责“Intel 4”开发的高管Ben Sell表示,该节点进展顺利,他的团队已经能够以相同的功率将“Intel 4”的性能提高约21.5%。相反,“Intel 4”可以提供与“Intel 7”相同的频率级别,功耗降低 40%。
这意味着像Meteor Lake这样的未来芯片不仅会有更好的性能,这是我们一直希望用新芯片实现的,而且效率也会更好。提高效率可以在降低PC或服务器所需的功率或改善笔记本电脑电池的使用寿命方面产生重大影响。
Sell的团队为提高“Intel 4”的频率而做出的一项进步是将金属绝缘体金属电容器的电容提高了2倍,这是英特尔自2014年推出的Broadwell CPU的14nm工艺以来一直用于芯片的构建块。
根据Sell的说法,增加的电容导致较小的大电压摆幅,这反过来又增加了CPU的可用电压,并允许它以更高的频率运行。
“我们在产品上看到的是,总的来说,这意味着你可以运行产品的更高频率,”他说。
虽然提高性能对于新的制造节点至关重要,但降低成本并使芯片制造过程更加可靠也很重要。在这些方面,Sell表示,他的团队已经取得了良好的进展。
根据Sell的说法,与英特尔用于先前节点的沉浸式过程相比,EUV允许英特尔简化光刻过程。在实践中,这意味着英特尔可以将芯片设计蚀刻到硅晶圆上所需的层数从五层减少到一层。
“现在,一切都可以用单层打印,给你完全相同的结构,”他说。
Sell告诉我们,使用EUV还可以提高制造良率,这意味着当新芯片投入生产时,有缺陷的晶圆数量将下降。
EUV的另一个好处是,它将降低英特尔使用“Intel 4”的产品的芯片制造成本,尽管使用EUV很昂贵。根据Sell的说法,这是因为EUV减少了制造芯片所需的步骤数和工具数。
“除了我们工厂的光刻工具之外,还有许多其他工具,一旦你把所有东西都组合成一个步骤,其中很多工具也就不需要了,”他说。
他认为,这种简化的流程可以使英特尔提高其生产能力。
“这意味着在您需要的洁净室空间方面,您的需求也少得多。因此,总体而言,要么您需要建造更少的晶圆厂,要么您可以获得每个晶圆厂的更多产量,”Sell说。
这些和其他流程改进代表了英特尔在开发新节点方面采取的更加模块化的方法。与芯片制造商以前用于开发节点的更激进的方法相比,这是一个巨大的变化,这导致英特尔在过去几年中遭受了10nm和7nm节点的重大失误和延迟。
“我们现在正在做的主要事情是,我们正在采用一种更加模块化的开发方法,这意味着你不必有一个巨大的步骤,而是在你可以单独开发的过程中有一些较小的步骤和几个模块。这使得及时开发每个模块变得更加容易,而无需解决其他所有内容来理解此模块的复杂性,”Sell说。
此外,英特尔还推出了对基础电路的新方法和改进,这些方法和改进将成为未来解决方案的重要组成部分。其中一项电路创新采用计算近内存(CNM)技术来提高八核RISC-V处理器的性能,并将在研讨会的聚光灯演示中展出。英特尔开发的这些和未来创新不仅将支持英特尔的产品组合,而且还旨在使英特尔新代工业务英特尔代工服务(IFS)的客户受益。
英特尔还将直接在 300 毫米硅平台上展示 2D 材料的 MOCVD,包括首次用于 BEOL 和 FEOL 应用空间的 p 型 WSe2。MoS2 nFET显示出随缩放几何形状而增加的可变性。
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