英特尔新一代晶体管将“大变身”，打脸台积电的制程命名“水分太高”

时间：2021-08-19 15:10:01

关键字：台积电晶体管英特尔

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[导读]半导体业内奉为圭臬的“摩尔定律”是指每两年在同样面积下，晶体管密度要增加一倍。可是，这个游戏玩到后来，怎么只剩下半导体界的“老派绅士”英特尔在遵守游戏规则了呢？其他竞争对手分明都“违规”了！英特尔日前在台湾举行 “架构日”，花了一上午的时间，并提出具体数字来佐证自己的每一代制程技...

半导体业内奉为圭臬的 “摩尔定律” 是指每两年在同样面积下，晶体管密度要增加一倍。
可是，这个游戏玩到后来，怎么只剩下半导体界的 “老派绅士” 英特尔在遵守游戏规则了呢？其他竞争对手分明都 “违规” 了！
英特尔日前在台湾举行 “架构日”，花了一上午的时间，并提出具体数字来佐证自己的每一代制程技术演进与命名逻辑，不但是毫无水分，而且还比摩尔定律要求的“两倍晶体管密度” 标准还要高。

晶体管密度超越摩尔定律要求
英特尔新竹办公室总经理谢承儒举例，2019 年推出的 10nm 制程，里面的晶体管密度超过 100 亿个，较上一代 14nm 的 44.67 亿个晶体管整整增加 2.3 倍。意思是在同等面积下，塞入超过两倍的晶体管。
到了 14nm 制程世代，晶体管密度又是上一代 22nm 制程的 2.7 倍，证明英特尔在晶体管密度这个摩尔定律的重要指标上，实力远远高于同业，且制程的命名没有丝毫水分。
再者，很多人喜欢把英特尔停留在 14nm 制程世代上的时间过久，且一直推出微缩版本 14nm 、14nm 制程这件事来讨论。
谢承儒表示，14nm 相较于 14nm 制程，性能增加达到 20%，几乎是一个制程节点的提升; 这也代表，英特尔不需要推进到下一个制程世代，就可以将效能大幅提升 20%。
随着英特尔第十一代 Core 处理器，代号为 Tiger Lake 正式推出后，英特尔正式进入 10nm 制程技术世代。
在 10nm 制程世代上，发展到第三代的 10nm 称为 10nm SuperFin 制程。从 10nm 到 10nm SuperFin 的性能表现也是增加 20%，同样也相当于一个节点的提升。
制程命名逻辑
在半导体制程上，最重要的单元是晶体管，每一颗 IC 设计最低层元件就是晶体管。
晶体管的表现反映在很多面向上，例如密度、性能、漏电表现等。其中，前两个面向：密度和性能最为关键。密度是指在同样面积中，可以塞入多少的晶体管。

再来看看，制程技术的命名究竟是怎么定义的？
最早期，制程技术的命名是根据晶体管的闸极长度（Gate Length）而定，但一直发展到 0.25 微米以下开始脱节，因为是晶体管往下走的核心精华不是闸极长度，而是依循摩尔定律。

上图中，黄色线与蓝色部分接触的是闸极长度。当晶体管从左边的平面式转换成右边的鳍式晶体管 FinFET 时，与蓝色接触面从传统晶体管的一个接触面，变成三个接触面。因此，要去计算闸极长度来做为制程命名，其实不太合理。
再者，上述提到的英特尔的 SuperFin 技术，其实不是只有一个鳍，而是有好几个，这也代表接触面会越多，而接触面越多，控制力就会越强。

以晶体管闸极长度来命名的方式，在发展到鳍式晶体管 FinFET 世代后失效。英特尔开始以晶体管的密度来作为命名方式，依循每个世代线宽缩减约 0.7 倍的非常规律。
例如从 90nm 制程节点，下一代制程就是 65nm（90 x 0.7 = 63，取 65nm）; 再下一代制程节点则为 45 nm（65 x 0.7 = 45.5），之后的命名逻辑是依此类推。
这样的命名方式下，代表未来制程世代与晶体管的闸极长度，不再有绝对关系，且每一个制程世代之间的晶体管密度成长接近两倍，趋势也符合摩尔定律的规范。
GAA 架构晶体管披露
英特尔也披露在鳍式晶体管 FinFET 之后的新一代晶体管架构 Nanoribbon，其实就是一种 GAA（Gate-All-Around）架构，目前正在研发中。
之前提到英特尔发展出 SuperFin 技术不是只有一个鳍，而是有好几个鳍，优势是接触面会越多，代表控制力就会越强。

可以从上图中看到，Nanoribbon 架构是整个包起来，所以接触面从过去平面式晶体管的一个接触面、鳍式晶体管 FinFET 的三个接触面，到了 Nanoribbon 晶体管架构已经变成四个接触面。
这样的晶体管架构不但是越做越小，面积持续微缩，且因为接触面增加，控制能力也会强化。
目前三星已经宣布 3nm 导入 GAA 架构，台积电则是宣布 3nm 维持 FinFET 晶体管的架构。至于英特尔，则已经开始在投入 GAA（Nanoribbon 晶体管架构）的研发。
相较于其他竞争对手，都在制程世代的命名上大玩宣传花招，只有英特尔这位半导体“老派绅士”，严谨又坚持地捍卫着创办人戈登 · 摩尔在 50 多年前提出的摩尔定律，对于晶体管密度的要求，甚至做到超过该定律要求的标准。
除了晶体管密度的“正名”，英特尔也一直强调一个概念：产品的整体效能难道只有决定在半导体的制程技术上？
为了要打破这个迷思，英特尔这几年提出“六大创新支柱”：制程与封装、XPU 架构、存储、互联架构、安全性以及软件。
英特尔强调，芯片放在终端设备上的性能表现，绝非只有单一制程技术这个环节可以展现的，英特尔以众多面向的优势来重塑概念。
自制与外包的策略
英特尔首席执行官 Bob Swan 在今年 7 月的投资人会议中提出因为 7nm 制程良率，而考虑可能委由第三方供应商来生产。当时也引发全球科技产业的热络讨论。

英特尔举例，旗下的独立显卡 GPU 也部份自己生产，但部分委外给其他晶圆代工厂生产。如上图中的独立显卡 Xe 系列，有些系列是采用自家的 10nm SuperFin 制程技术，但有些系列的芯片则是外包生产。
英特尔表示，当多数的独立 GPU 都是由晶圆代工厂生产时，其实没有非要英特尔自己做不可，况且自家的产能要留给更重要的产品来生产，而外包策略可以促使产品加快上市。