英特尔的10nm之路

  在很长一段时间内,英特尔一直是处于半导体制造的领先地位,经历过多个代际制程工艺的演进,并且很好的演绎了 “摩尔定律”(指戈登·摩尔(Gordon Moore,1929-),英特尔公司(Intel)的创始人之一,所提出的:集成电路上可以容纳的晶体管数目在大约每经过18个月便会增加一倍。意味着处理器的性能每隔两年翻一倍)。

  说到英特尔,不少人就会想起它旗下推出的酷睿系列处理器、志强系列处理器在很长的一断时间内是性能的绝对代表。但是在近几年,英特尔反而成为了不锐意进取,吃老本、倒吸牙膏的牙膏厂,是什么原因导致了英特尔角度缓慢?接下来让我们一起回顾。

  在很长一段时间内,英特尔一直是处于半导体制造的领先地位,经历过多个代际制程工艺的演进,并且很好的演绎了 “摩尔定律”(指戈登·摩尔(Gordon Moore,1929-),英特尔公司(Intel)的创始人之一,所提出的:集成电路上可以容纳的晶体管数目在大约每经过18个月便会增加一倍。意味着处理器的性能每隔两年翻一倍)。

英特尔的10nm之路

  而在摩尔定律推动工艺的进步之外,在摩尔定律的周期阶段,英特尔也选择了一个称之为:嘀嗒策略(Tick-Tock worked)的产品周期,即在两个产品工艺的提升周期中,将成熟的工艺进行优化,实现在最终产品上有频率的提升或者损耗的降低。实现一代工艺进行试水、再优化升级、下一代工艺的产品周期策略。这一套策略在英特尔的14nm工艺产品之前都是非常行之有效的策略。

  按照英特尔的路线图,14nm工艺之后就是英特尔的10nm生产工艺,按照设想,在2016年英特尔的10nm技术应该可以实现成熟的量产,并且如果依照英特尔的设想,英特尔的10nm工艺进入大规模量产会比台积电的7nm工艺还要提前两年。而在纳米制程的众多关键性指标上,英特尔的10nm和台积电的7nm差距很小,而英特尔原先计划在10nm后再一步进入到计划的7nm制程,但是由于种种的原因最后进度缓慢。

英特尔的10nm之路

△英特尔与台积电的参数对比

英特尔的10nm之路

  而直到2017年,英特尔的10nm工艺制程产品才姗姗来迟,并且由于一系列的问题,并不能达到很好的性能表现,也基本只限制于在移动端方面的使用,桌面端的产品依然还是14nm及其相关增强工艺,10nm的桌面端产品需要等到12代酷睿产品。

  而我们回顾英特尔在10nm这个节点所缓步的原因,笔者认为英特尔在工艺上有过于超前的一面。

  首先是英特尔在10nm制程工艺上在M0和M1层选择了一步到位的SAQP(四重曝光技术)。MG: Metal Gate,金属栅,在晶圆制造中通常将金属后道工艺的第一层金称为M0,而如果有两层的情况,则以M0/M1代称。

英特尔的10nm之路

△不同曝光的后处理技术对比

  在这其中英特尔选择了SAQP(四重曝光技术),即通过DUV(深紫外线)技术加上SAQP(四重曝光技术)对M0/M1连续进行多次的曝光处理,最终让金属的中心距从双重曝光(SADP)的40nm提升到20nm。

  在使用SAQP(四重曝光技术)与DUV技术的加持下,从一方面来说,英特尔在10nm工艺上的制造可以相比较于采用EUV工艺+ SADP(双重曝光)省下成本,其可以继续使用DUV设备,而不必等待EUV设备的到位。但是从另一方面来说,采用SAQP(四重曝光技术)后,由于工艺所带来的制约,其生产流程和生产工序、工时都被延长,并且带来了一系列的良率问题。

英特尔的10nm之路

  而正是由于良率的问题,在英特尔此前推出的10nm产品上,基本上都没有很高的性能释放,并且由于良率的问题,其10nm产品在早期也没有较大范围的使用,对于英特尔来说,在10nm制程节点上进入成熟所耗费的时间远比其想象的长。

  英特尔除了在M0/M1使用了SAQP(四重曝光技术)之外,其也在M0/M1采用了全新的金属——钴作为连接的基线。

  在先进芯片的制造中,需通过金属互联层才能组合成电路,实现最终的使用,而金属互联层需要通过接触孔,才能和晶体管产生电气上的连接。所以在先进芯片的制造中,还需要使用一定的金属进行产品内部的基线连接。

英特尔的10nm之路

△英特尔展示的工艺路线图

  在以往的工艺上,对于这部分通常是采用了铜钨合金或者是铜钌合金,但是在更加精细化的制造上,这些金属会由于扩散及电迁移,造成电阻升高及其漏电率上升等一系列的情况。所以在更为尖端的制造上,使用其他金属作为替代已经势在必行。

英特尔的10nm之路

  英特尔选择了钴作为其中的基线材料,但是钴的硬度相比较于此前使用的材料是一个极高的情况,所以在制造方面,需要花费更多的时间、工艺等以保证良率并且并且进入大规模的量产。而在英特尔,台积电,三星三家的比较重我们可以发现,台积电在其宣传的7nm制造节点上仍然未引入新的工艺材料。而根据公布的消息显示,三星和台积电将在其宣传的5nm工艺节点上在通孔这个环节使用了钴金属,不过也没有进行完全的替代采用了混用的模式,但是英特尔在10nm工艺时就将M0/M1的连接基线换成了钴金属,可以说,英特尔在这方面相当激进,但是也由于激进,导致其在10nm节点上一直缓步不前。但是从好的方面想,一旦英特尔在10nm节点上突破了制造的瓶颈,那么在未来一段时间的制造中,其可以凭借经验优势对其他几家制造大厂实现追平甚至反杀,这一切我们或许可以期待英特尔之后的表现。

英特尔的10nm之路

△英特尔展示的工艺路线图

  以上部分只是英特尔研发在研发攻关方面的一部分原因。而从现阶段来看,英特尔的10nm节点工艺已经成熟,将在12代酷睿产品上推出基于10nm工艺制造的桌面端CPU。并且宣布预期2023年进入到5nm工艺节点,此外还有一系列的投资,扩张其在半导体代工方面的产能,除了满足自身的需求之外,英特尔还计划将部分产能进行分包,预计将成为又一家芯片代工巨头。

  在英特尔使用上10nm工艺之后,英特尔是否还能引领半导体进步的巅峰?让我们随着时间,一同期待结果的到来。

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