半導體巨頭 Intel 在「先進工藝」上的「新動作」有哪些?

2017/04/04

OFweek電子工程網訊 作為全球技術最先進的廠商之一,英特爾在10nm工藝上的一再拖延已經讓業界對其Tick-Tock更新頻率的質疑,乃至擔心摩爾定律是否繼續延續。但日前,Intel一口氣推出了10nm的各項細則,並對10nm寄於了厚望,也發布了22nm FDSOI工藝,叫板Globalfoundries。我們來看一下全球半導體巨頭的「大動作」。

提議的晶體管密度度量方法

英特爾今年將開始製造10nm晶元,它提出了一種引領行業晶體管密度度量方式,迫使競爭對手採用。另外,它宣布推出一款22nm低功耗FinFET(鰭式場效應晶體管)節點,通過全耗盡型絕緣層上硅技術(FD-SOI)與Globalfoundries等對手競爭代工業務。

英特爾的10nm工藝每平方毫米將封裝10080萬個晶體管。據估計,目前台積電和三星生產10nm工藝,晶體管密度只有它的一半。

英特爾度量方法的平均密度是指小型和大型邏輯單元的密度。具體而言,它使用的是有兩個有源柵極的雙輸入與非單元,以及一個有多達25個有源柵極的掃描觸發器單元。

工藝架構與整合的資深研究員兼總監Mark Bohr說:「我認為這是一個全面、量化和誠實的指標。我認為,台積電和三星過去曾採用它,但我猜他們不太好再用這個度量了。」

英特爾建議競爭對手重新使用這個密度度量方法來定義節點

乘法門間距和單元高度的現有度量體現了節點相對數量的增加,而不是節點能力絕對數值的提升。此外,它不包括英特爾提出的密度度量方法所包含的各種因素。Bohr補充道。

(原文對照:The existing metric of multiplying gate pitch and cell height gives a relative advance between nodes, rather than an absolute number of a node』s capability. In addition, it does not include a variety of factors embraced by the density metric Intel proposed, Bohr added.)

無論是哪種度量方法,英特爾表示,都將在今年下半年開始製造10nm Cannonlake晶元,這在它推出14nm工藝的三年後。預計升級10nm工藝將繼續著為期三年的節奏,兩次年度升級可稱為10+和10++。

英特爾晶圓廠和銷售團隊執行副總裁Stacy Smith表示:「即使節點之間的升級時間較長,我們也將保持與晶體管曲線相同的成本,我們預計10nm這一代仍將繼續這種情況。」

有趣的是,英特爾的14nm++表現出的性能高於它最初的10nm工藝。然而10nm節點可以提供低功耗、高密度。

英特爾對於其10nm節點透露了比以往更多的細節。x86巨頭需要通過對比競爭對手台積電和三星正在進行的10nm工藝,更進一步地展示其優勢,

具體而言,英特爾的10nm節點包括:

● 34nm鰭片間距

53nm 鰭片高度

36nm 最小金屬間距

272nm 單元高度

54nm 柵極間距

英特爾聲稱,節點展現了行業中最緊密的柵極間距和金屬間距,標誌著行業首次使用自對準四重圖案成形技術(self-align quad patterning)。相比於14nm節點時,FinFET(鰭式場效應晶體管)的高度和密度提高了25%。

英特爾描述了晶體管的兩個創新,以補償更多光刻圖案步驟帶來的成本上漲。有源柵極上接觸(contact-over-active-gate,COAG)有助於提供額外10%的密度;10nm時,單個而不是雙虛擬柵極提供了額外的縮放優勢。

英特爾聲稱其10nm工藝的節點密度是其競爭對手的兩倍。(圖片來源:英特爾)

對10nm不吝讚美,對度量方法褒貶不一

分析師對英特爾的10nm節點印象深刻,但對於晶體管密度是否是衡量競爭節點的最佳指標褒貶不一。他們表示,在28和16nm競爭日益激烈的情況下,現在還不清楚誰會贏得這一重大前沿業務。

市場觀察家VLSI研究公司總裁G. Dan Hutcheson表示:「現在是時候擺脫這些利用節點名稱搞的市場營銷手段了,讓大家看看節點的真面目……摩爾定律總是關於密度。」

他表示,進行晶元級別拆解的獨立分析師能夠使用公式來檢驗晶元密度。但是較大的尺寸(例如cm2)將使得對照更接近真實SoC的大小。

Gartner半導體集團研究副總裁Bob Johnson說:「我們需要客觀地比較節點名稱的擴展,顯示出與它們的名稱無關的維度。」

台積電的一位發言人說,先前基於柵極密度的度量方法比現在基於單元高度要好得多。

她表示:「我不知道英特爾如何進行新的計算。它的Broadwell(第一代14nm CPU)每平方毫米有1840萬個晶體管,但在新的度量方法下,每平方毫米突然有了3750萬個晶體管。他們在玩文字遊戲嗎?」

台積電發言人還注意到,密度本身並不能直接轉化為晶元尺寸。她說,布局和其他設計規則都是影響晶元尺寸和競爭力的重要因素。

分析師Hutcheson表示:「看到英特爾10nm工藝中的數字,我震驚了。」

Linley集團的David Kanter同意這種觀點,他表示:「這是令人印象深刻的密度……但英特爾提出的觀點不到生產就無法證實。然而,英特爾的製造工藝會繼續領先,問題是轉化到產品中的是什麼。」

Kanter 稱讚英特爾的COAG晶體管進步。然而,直到公司發布如何製造COAG器件,才能清楚能否將該設計作為一種優化接觸電阻的新方法,進而區分其工藝。

對於新的22FFL,Hutcheson指出,Globalfoundries 和英特爾的代工團隊都面臨著來自競爭對手在IP(知識產權)方面的挑戰,例如台積電在28nm的IP。

英特爾對於其10nm工藝透露了不同以往的大量細節

FinFETs與 FD-SOI之爭

英特爾的22FFL相比於平面28nm具有成本和功耗優勢

英特爾將在今年年底前啟動22FFL節點,明確針對來自Globalfoundries等公司利用FD-SOI技術製造的用於移動設備和物聯網的同類晶元。0.5 PDK已經準備就緒,並將出現在6月份的1.0版本中。

相比於同行的28nm,它的工藝包括漏電流小100倍的高性能晶體管和低功耗晶體管。它的目的是通過簡化設計規則和用於14nm FinFET的內部連接參與28nm的成本競爭。

Intel的首席財務官Smith最近表示:「我們認為這是業界最簡單易用的FinFET工藝,服務大眾的FinFET。」

具體而言,該22FFL工藝支持:

45nm 鰭片間距,

108nm 柵極間距

90nm 採用單一圖案成形技術的金屬間距

630nm邏輯單元高度

1880 萬晶體管/mm2

0.88mm2 SRAM位單元

英特爾的第一代FinFET 22nm節點的柵極間距和金屬間距明顯鬆散,分別為90nm和80nm。

Bohr展示了22FFL的漏電流數據,他提出的包括亞閾值、柵氧化層和結漏電流。他表示:「所有三個問題都表明節點對於任何主流技術都擁有最小的漏電流。」

英特爾拒絕提供22FL和22nm FD-SOI之間的具體比較。然而,它的內部產品有的已經被設計為22FL,並希望吸引代工客戶。

英特爾客戶和物聯網業務和系統架構集團總裁Murthy Renduchintala說:「我們今後的路線圖在物聯網和網路等領域將會更加廣闊,這使我們能夠獲得差異化的業績。」

Globalfoundries的產品管理高級副總裁Alain Mutricy回應了Intel的22FFL的消息。Mutricy說:「我們的生產過程完全符合生產要求,我們看到客戶需求旺盛,50多個客戶積极參与到諸如移動設備、物聯網和汽車等高增長領域。」

在一篇博客中,Mutricy指出,台積電和英特爾已經宣布了22nm工藝,這發生在Globalfoundries宣布其FD-SOI計劃的兩年後。他寫道:「這項工作展示了前所未有的創新,它發生在高級節點上,相比於最前沿技術又邁進了一到兩步。」

他補充說:「德國德累斯頓的Fab 1工廠完全符合Globalfoundries的22nm工藝生產要求。公司計劃到2020年將德累斯頓22nm晶圓廠的產能提高40%。」

此外,Globalfoundries於二月份宣布,將於2019年在開始合資製造22nm FD-SOI產品,並於去年在德累斯頓進行了後續的12nm FD-SOI工藝計劃。「我們期望其他公司追隨我們的12FDX領先技術。」他寫道。

台積電發言人說:「台積電的22ULP節點將推動更好的RF元件,它在低功耗物聯網市場非常具有競爭力。」

14nm的更多詳細信息,代工廠

最後,英特爾提供了關於其當前14nm工藝(即現在的第三個變種14++)的更多細節。英特爾已經在14nm節點生產了三代x86處理器,以及Stratix 10 FPGA。 到今年年底,也將利用14nm節點生產LTE數據機。

具體而言,英特爾的14nm節點使用:

42nm 鰭片間距

52nm 內部連接間距

70nm 柵極間距

399nm 單元高度

3750萬晶體管mm2

0.050mm2 SRAM單元

英特爾公司互聯技術和集成總監Ruth Brain表示,英特爾採用自對準雙重圖案成形技術,這可以使成本低於使用光刻蝕技術的其他晶元製造商。

英特爾並沒有公布任何新客戶的新生代工服務。不過,英特爾在代工廠主管領導的活動上,在IP和EDA專家小組中間獲得了好評。

Synopsys首席執行官Aart De Geus表示,英特爾的定製代工廠擁有多個回頭客戶,如果你不能成功交付產品,就永遠不會得到它。

「代工廠現在準備好了迎接黃金時間」,ARM公司銷售和聯盟高級副總裁Will Abbey說,該公司與英特爾的代工廠合作了大約10個月。

本文由 一點資訊 提供 原文連結

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