英特爾發布半導體技術路線規劃，劍指1.8納米，誰能坐穩后摩爾時代工藝制程王座？

據國外媒消息，英特爾副總裁兼技術開發負責人Ann Kelleher近日表示，英特爾公司正在實現重新獲得半導體制造領導地位這一目標。

英特爾目前在大規模生產7nm芯片的同時，還做好了生產4nm芯片的準備，并將在2023年下半年準備生產3nm芯片。

Kelleher表示：“英特爾按季度制定的里程碑顯示，我們處于領先地位或步入正軌。”她說，英特爾目前正在量產7nm芯片，另外已準備好開始制造4nm芯片，并將準備在明年下半年轉向3nm。

在IEDM會議上，英特爾分享了它的工藝技術路線圖和它對未來三到四年內將出現的芯片設計的設想。正如預期的那樣，英特爾的下一代制造工藝--英特爾4和英特爾3--有望在2023年和2024年分別用于大批量制造（HVM）。此外，該公司的20A和18A生產節點將在2024年為HVM做好準備，這意味著18A將提前上市，IEEE Spectrum發布的一張幻燈片表明。


1、英特爾4準備就緒，英特爾3將于2023年下半年推出

明年，英特爾將發布代號為Meteor Lake CPU的第14代酷睿，這是其首個采用多芯片（或多瓦）設計的大眾市場客戶處理器，每個芯片組都將使用不同的工藝技術制造。英特爾的Meteor Lake產品將包括四塊芯片：使用英特爾4號工藝技術（又稱7納米EUV）制造的計算芯片（CPU內核）、臺積電可能使用其N3或N5節點生產的圖形芯片、SoC芯片和I/O芯片。此外，這些瓦片將使用英特爾的Foveros 3D技術進行互連。

Meteor Lake的計算瓦片可以說是軟件包中最令人興奮的部分，因為它將在英特爾4（以前稱為7納米）上制造，這是該公司第一個將使用極紫外（EUV）光刻的生產節點。據英特爾稱，這種制造工藝已經準備好進行大規模生產，盡管它將在幾個月后才被部署到Meteor Lake的計算芯片的HVM上。考慮到英特爾在2021年10月對該計算芯片進行了供電，該節點到現在已經準備好進行生產，這并不令人驚訝。有點出乎意料的是，英特爾沒有確認這種工藝技術是用來制造Ponte Vecchio的Xe-HPC計算GPU瓦片的，正如兩年前種植的那樣。

英特爾將在臺積電近四年后開始使用EUV，臺積電在2019年第二季度開始在其N7+節點上生產芯片。英特爾需要確保其4納米級節點的性能達到預期，并提供良好的產量，因為這將是該公司相當不幸的10納米工藝系列之后的第一個節點，該工藝在其生命周期的早期沒有達到預期的性能，其成本高于該公司幾年前的期望。

由于英特爾必須追趕其競爭對手三星晶圓廠和臺積電，其英特爾4工藝技術將在2023年~2024年加入其英特爾3制造節點（3納米級）。根據英特爾分享的數據，這種工藝將在2023年下半年具備制造條件。它將用于制造英特爾代號為Granite Rapids和Sierra Forest的處理器，這是該公司備受矚目的產品。Sierra Forest預計將成為該公司第一個使用節能內核的數據中心CPU，并將與各種基于Arm的高內核產品競爭。

英特爾已經要在Xeon'Granite Rapids'樣品上下功夫了，所以看起來CPU的設計已經準備好了，而節點本身也在HVM 2024的軌道上。

"'花崗巖急流'的第一步已經出爐，產量不錯，英特爾3號繼續按計劃進展，"英特爾首席執行官Pat Gelsinger在最近的收益電話會議上說。"Emerald Rapids顯示出良好的進展，正在按計劃完成2023年的任務，Granite Rapids非常健康地在許多配置中運行多個操作系統，加上Sierra Forest，我們的第一個E-core產品提供世界一流的每瓦特性能，都在2024年穩固地進行。"



2、英特爾的18A被移到了2024年下半年

追趕臺積電和三星是很重要的，但要恢復其工藝技術的領先地位，英特爾將不得不跨越這兩個對手的步伐。這將在2024年的某個時候發生，屆時該公司將公布其20A（20埃，或2納米）節點，該節點將使用其門控全方位晶體管品牌RibbonFET，以及稱為PowerVia的背面電源傳輸。英特爾預計其20A節點將在2024年上半年做好生產準備；它將用于制造--除其他外--2024年該公司用于客戶端PC的代號為Arrow Lake的處理器的小芯片。

英特爾的20A將是業界第一個2納米級節點，它還將廣泛使用EUV來最大限度地提高晶體管密度，提供體面的性能改進，并降低功耗。2024年，它將與臺積電為提高晶體管密度和性能而設計的第三代3納米級（N3S、N3P）工藝技術競爭。這三個節點如何相互疊加，還有待觀察。不過，英特爾為其20A工藝設定了很高的標準，因為它同時引入了兩項重大創新（GAA、BPD）。

然而，20A并不是英特爾計劃在2025年底開始使用的最先進的工藝技術。該公司還在準備其18A（18埃，1.8納米）生產節點，有望為英特爾及其英特爾代工服務客戶進一步提高PPA（性能、功率、面積）優勢。

對于18A，英特爾最初計劃使用具有0.55數值孔徑（NA）光學器件的EUV工具，這將提供8納米的分辨率（低于目前使用的具有0.33 NA的EUV工具的13納米）。但ASML生產的高NA EUV設備將在2025年才準備好，而英特爾的目標是其18A在2025年下半年準備生產，領先于其競爭對手。

由于使用當前一代的EUV工具有可能使3nm后的節點達到8nm的分辨率，并采用多圖案技術（盡管這將延長生產周期，并有可能影響產量），英特爾愿意為18A承擔一些額外的風險，并使用ASML的Twinscan NXE:3600D或NXE:3800E來制造這一節點的芯片，因為它認為這將為它帶來無可爭議的市場領先地位。

事實證明，第一批20A和18A的測試芯片已經被錄制出來了。


3、誰能坐穩后摩爾時代工藝制程王座？

英特爾CEO基辛格曾表示要重回生產技術的領導地位，“重回領導地位”的前提條件是，英特爾曾經長期處于領導地位。以及此處我們所談及的生產技術，具體是指半導體尖端制造工藝。

回溯英特爾早期工藝，在14nm之前，英特爾始終推動著業界的主要制程工藝創新，并始終保持著比別家fab和foundry廠領先幾年的技術水平。比如在90nm時代，英特爾針對應力增強引入eSiGe(嵌入硅鍺)，為業界首位；2005年英特爾首度采用HKMG(high-k metal gate，高介電常數金屬柵)，比別家提前了5年以上；2011年英特爾22nm工藝首次引入FinFET結構晶體管......

在14nm以后，英特爾遭遇技術瓶頸，首先是原本計劃的Fab 14工廠升級工藝被取消，而后10nm屢屢受挫，7nm變得遙遙無期。直至今年，英特爾在IEEE VLSI會議上公開了自己首個7nm工藝。

在英特爾先進工藝陷入停擺的這段時間，臺積電和三星一路高歌猛進，臺積電自7nm工藝后則穩坐先進節點王座。

2018年N7(7nm)工藝問世可作為臺積電超過英特爾的拐點，也是這時，AMD Zen 2架構CPU開始采用臺積電7nm工藝，并在最終出售的CPU產品上，首次實現對英特爾處理器的部分超越。此后臺積電迅速在2020年推出6nm和5nm，并宣布在今年4季度量產3nm，以及計劃于2024年下半年進入風險性試產的2nm節點。

向上追趕是常態，英特爾計劃2030年超越三星代工業務，而三星也揚言2030年要超越臺積電。今年7月，三星宣布量產3nm制程，并將率先采用GAA技術還計劃2023年推出第二代3nm制程，并更進一步計劃到2025年發展達到2nm制程，到2027年達到1.4nm制程。業界人士表示，三星的計劃表還是有可能實現的，其目前的關鍵問題還在于產品良率。

據TrendForce集邦咨詢研究顯示，在今年第二季前十大晶圓代工產值中，臺積電第二季營收為181.5億美元，5/4nm營收季增約11.1%，是第二季營收表現最佳的制程節點，7/6nm制程節點營收季增2.8%。三星方面，7/6nm產能陸續轉換至5/4nm制程，良率持續改善，帶動第二季營收達55.9億美元，季增4.9%。同時，首個采用GAA架構的3GAE制程于今年第二季底正式量產，首波客戶為挖礦公司PanSemi。

當下，跌出神壇的英特爾計劃通過在產業、人才、技術等各個方面的布局重回巔峰，聚焦在尖端制造工藝方面，英特爾的計劃是4年要推進從Intel 7到Inetl 18A的5個主要工藝節點。

Intel 7已經在2021年量產，英特爾計劃將于今年下半年量產(或做好量產準備)Intel 4（相當于7nm）；在明年下半年量產(或做好量產準備)Intel 3；2024年上半年量產(或做好量產準備)Intel 20A;以及2024年下半年量產(或做好量產準備)Intel 18A。

業界人士表示，英特爾4年跨5個節點計劃雖然有些夸張，但是值得注意的是，英特爾已經在一些方面充分吸取了此前的教訓，并做了一些技術方面的更改。

早年英特爾嚴格地遵循著“摩爾定律”，畢竟摩爾定律就是英特爾的Gordan Moore提出的，在此期間，英特爾十分執著晶體管密度的闕值。公開資料顯示，從英特爾公布的邏輯晶體管密度進化方向看22nm→14nm，英特爾達成了2.5倍晶體管密度提升；而14nm→10nm，英特爾的目標是2.7倍的晶體管密度提升。英特爾當年稱其為Hyper Scaling超級縮放。這些值可謂是非常的客觀的，畢竟臺積電N7→N5 1.9x密度提升，N5→N3 1.6x密度提升已經是業界領先了。

同樣的，業界有許多人士認為，英特爾10nm、7nm工藝難產的關鍵，就在英特爾對于晶體管密度的偏執上。英特爾在2021年對其工藝節點進行了改名操作，并推出了4年更新5代節點的設想，實際上都是對過去偏執于晶體管密度提升這一傳統的拋棄。

從臺積電、三星、英特爾的先進節點計劃看，如果大家的工藝進程都按時推進的話，三家可能會在2024或2025年兩年里推出的2nm工藝上正面交鋒，屆時又將發生什么樣的變數呢？我們拭目以待！