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英特爾在工藝制程領(lǐng)域的造詣可謂登峰造極。2003 年，英特爾推出應(yīng)變硅 90nm 芯片，當(dāng)時(shí)屬于首家，領(lǐng)先業(yè)界三年；2007 年，英特爾生產(chǎn)出高 K 金屬柵極的芯片，三年后業(yè)內(nèi)其它公司才推出類似產(chǎn)品；英特爾的 32nm 工藝具有“自校準(zhǔn)通道”的技術(shù)專長，能夠加強(qiáng)連接點(diǎn)的能力，互聯(lián)功能對于縮小晶片面積提升密度極其重要的，同樣領(lǐng)先業(yè)界三年。再到 22nm 技術(shù)，英特爾在 2011 年成為第一家推出了 FinFET 工藝的廠商，三年后市場上才出現(xiàn)類似產(chǎn)品。英特爾高級院士、技術(shù)與制造事業(yè)部制程架構(gòu)與集成總監(jiān) Mark Bohr 總結(jié)，“在過去 15 年中，英特爾在邏輯制程方面推出所有創(chuàng)新都得到了行業(yè)的廣泛采納?！?/p>
摩爾定律已經(jīng)失效？還會持續(xù)十年
這幾年，英特爾的工藝制程遲遲不做更新，這讓業(yè)界一度懷疑摩爾定律已死。近日，在 “領(lǐng)先?無界”英特爾精尖制造日上，Mark Bohr 給出肯定的回答：摩爾定律繼續(xù)有效?？赡苡腥诉M(jìn)一步追問：摩爾定律還會持續(xù)多久？Mark Bohr 回答地意味深遠(yuǎn)：“如果你在 20 年前問半導(dǎo)體業(yè)內(nèi)專家，他們會告訴你摩爾定律還能繼續(xù)十年，如果你在 10 年前再問行業(yè)專家，他們還會說十年，現(xiàn)在你問我，我還是會回答十年。我們拿海平面打一個(gè)比方，你離海平線越來越近，但它還是不斷往前推進(jìn)的?！?br />
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英特爾高級院士、技術(shù)與制造事業(yè)部制程架構(gòu)與集成總監(jiān) Mark Bohr
英特爾原來的產(chǎn)品策略是 Tick-Tock，一年更新一代產(chǎn)品，另一年更新一代工藝，從 14nm 周期開始拉長，14nm 的更新經(jīng)過了兩年半還多，10nm 花費(fèi)了三年多。用戶更關(guān)心的是英特爾后續(xù)是否回歸到 Tick-Tock 策略上？英特爾公司全球副總裁邏輯技術(shù)開發(fā)部聯(lián)席總監(jiān)白鵬表示，“關(guān)于產(chǎn)品策略，我們每年有一個(gè)新產(chǎn)品，也可以說是同一技術(shù)，比如 10 納米產(chǎn)品我們有三個(gè) wave（三代產(chǎn)品）出來。從產(chǎn)品策略上不會回到 Tick-Tock。從技術(shù)節(jié)奏角度來講，14nm 和 10nm，我們邁的步子比較大一點(diǎn)，所以時(shí)間也長一點(diǎn)，還要看具體的技術(shù)，我邁多大的步子，這和時(shí)間會有關(guān)系，我們還是會維持在兩到三年的節(jié)奏?！?/p>
啟用“失寵”的計(jì)算公式，揭開真正 10nm 的面紗
晶體管密度一直是工藝制程命名的主要標(biāo)準(zhǔn)，摩爾定律是指每代制程工藝都要讓芯片上的晶體管數(shù)量翻一番?？v觀芯片每代創(chuàng)新歷史，業(yè)界一直遵循這一定律，并按前一代制程工藝縮小約 0.7 倍來對新制程節(jié)點(diǎn)命名，這種線性微縮意味著晶體管密度翻番。因此，出現(xiàn)了 90nm、65nm、45nm、32nm——每一代制程節(jié)點(diǎn)都能在給定面積上，容納比前一代多一倍的晶體管。再后來，制程進(jìn)一步微縮越來越難，一些公司背離了摩爾定律的法則。即使晶體管密度增加很少，或者根本沒有增加，但他們?nèi)岳^續(xù)為制程工藝節(jié)點(diǎn)命新名。結(jié)果導(dǎo)致這些新的制節(jié)點(diǎn)名稱偏離了摩爾定律曲線的正確位置。
一般我們理解的摩爾定律計(jì)算公式是用柵極距乘以最小金屬距，但是這并不包含邏輯單元設(shè)計(jì)，而邏輯單元設(shè)計(jì)才會影響真正的晶體管密度。因此英特爾重新啟用曾經(jīng)流行但一度“失寵”的一個(gè)計(jì)算公式了，它基于標(biāo)準(zhǔn)邏輯單元的晶體管密度，并包含決定典型設(shè)計(jì)的多個(gè)權(quán)重因素。
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Mark Bohr 解釋，“如果采用這種方式計(jì)算，從 45 納米到 32 納米一路到 14 納米、10 納米，英特爾密度的提升是非常明顯的，14 納米和 10 納米我們做到的密度提升要比之前做的更多一些。這些 14 納米和 10 納米之所以做到密度更多的提升是因?yàn)橛昧顺⒖s技術(shù)，使得我們在密度上得到更大優(yōu)化，分別為 2.5 倍和 2.7 倍。通過超微縮技術(shù)，10 納米將能夠做到 7.6 平方毫米，這是一個(gè) 0.43 的系數(shù)。所以也意味著能耗功耗更低，密度和性能得到了提升?！?/p>
關(guān)于這一公式，筆者最大的疑惑就是出處在哪里？是否具有權(quán)威性？Mark Bohr 的回答是，“這不是英特爾新創(chuàng)立的公式，而是存在很多年的，而且我們的客戶也呼吁我們站出來對摩爾定律做出解釋。”
10nm、22FFL 制程亮相，英特爾領(lǐng)先業(yè)界三年
本次發(fā)布會的亮點(diǎn)要屬 10nm 和 22FFL 制程的閃亮登場。
英特爾 10 納米制程的最小柵極間距從 70 納米縮小至 54 納米，且最小金屬間距從 52 納米縮小至 36 納米。尺寸的縮小使得邏輯晶體管密度可達(dá)到每平方毫米 1.008 億個(gè)晶體管，是之前英特爾 14 納米制程的 2.7 倍，大約是業(yè)界其他“10 納米”制程的 2 倍。
相比之前的 14 納米制程，英特爾 10 納米制程提升高達(dá) 25%的性能和降低 45%的功耗。相比業(yè)界其他所謂的“10 納米”，英特爾 10 納米制程也有顯著的領(lǐng)先性能。全新增強(qiáng)版的 10 納米制程——10++，則可將性能再提升 15%或?qū)⒐脑俳档?30%。
和友商制程進(jìn)行對比
基于多年 22 納米 /14 納米的制造經(jīng)驗(yàn)，英特爾推出了稱為 22FFL（FinFET 低功耗）的全新工藝。該工藝提供結(jié)合高性能和超低功耗的晶體管，及簡化的互連與設(shè)計(jì)規(guī)則，能夠?yàn)榈凸募耙苿赢a(chǎn)品提供通用的 FinFET 設(shè)計(jì)平臺。與先前的 22GP（通用）技術(shù)相比，全新 22FFL 技術(shù)的漏電量最多可減少 100 倍。22FFL 工藝還可達(dá)到與英特爾 14 納米晶體管相同的驅(qū)動電流，同時(shí)實(shí)現(xiàn)比業(yè)界 28 納米 /22 納米平面技術(shù)更高的面積微縮。
聯(lián)手 ARM 進(jìn)行晶圓代工：“老虎”要發(fā)威了
英特爾要做晶圓代工，這個(gè)消息已經(jīng)讓業(yè)界很震驚，而且合作伙伴還是 ARM，其中最新發(fā)布的 10nm CPU 測試芯片流片還具有先進(jìn)的 ARM CPU 內(nèi)核，英特爾把 ARMCortex A75 放到英特爾標(biāo)準(zhǔn)的晶圓代工的流程當(dāng)中，使用標(biāo)準(zhǔn)的行業(yè)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)，電子設(shè)計(jì)自動化 Place and Route 工具和流程，性能高達(dá) 3GHz 以上。其中 IP 由 ARM 提供，只花了 14 周時(shí)間就完成了 RTL 到首個(gè)流片。同時(shí)，ARM 在開發(fā)高性能的存儲器、邏輯單元和 CPU POP 套件，以進(jìn)一步擴(kuò)展下一代 ARM CPU 在英特爾 10nm 技術(shù)上的性能水平。
按照商業(yè)邏輯，ARM 和英特爾應(yīng)該是競爭對手關(guān)系，他們的聯(lián)手有著怎樣的意義？英特爾公司技術(shù)與制造事業(yè)部副總裁、晶圓代工業(yè)務(wù)聯(lián)席總經(jīng)理 Zane Ball 解釋，“第一，所有客戶都希望產(chǎn)品上市時(shí)間縮短，這就要求代工非常標(biāo)準(zhǔn)化，非常高效，我們設(shè)計(jì)自動化的平臺要非常有效地和整個(gè)生態(tài)系統(tǒng)能夠配合起來。我們需要一個(gè)強(qiáng)有力的知識產(chǎn)權(quán)生態(tài)鏈，這樣使得我們在整個(gè)的晶圓制造行業(yè)里面，讓企業(yè)可以相互配合；第二，所有客戶都要低能耗，不管是 14nm、22nm，還是 10nm，所有企業(yè)都希望看到單元面積減小，尺寸減小，功耗降低。因此，功耗和性能比極其重要，這也意味著很多市場非常重視的 IP。英特爾和 ARM 之間形成合作伙伴關(guān)系，把 ARMCortex A75 放到英特爾標(biāo)準(zhǔn)的晶圓代工的流程當(dāng)中，所以整個(gè)流程是標(biāo)準(zhǔn)化的。”
英特爾公司技術(shù)與制造事業(yè)部副總裁晶圓代工業(yè)務(wù)聯(lián)席總經(jīng)理 Zane A.Ball
英特爾為什么要做晶圓代工？英特爾公司全球副總裁兼中國區(qū)總裁楊旭只回答了一句話：“老虎不說話，以為是病貓?！闭f這句話的底氣是英特爾的精尖制造實(shí)力，筆者不想多講，只想分析一下晶圓代工和自身產(chǎn)品的發(fā)展平衡。有兩點(diǎn)個(gè)問題：一是有在競爭關(guān)系的公司都讓同一晶圓廠來做是否合理？Zane Ball 表示，“我們愿意合作，要讓這樣的合作能夠做成。第一，我們要明確的保護(hù)知識產(chǎn)權(quán)，我們有非常廣泛的信息系統(tǒng)，代工廠的業(yè)務(wù)集團(tuán)和其他的業(yè)務(wù)集團(tuán)是不一樣的。第二，客戶在供應(yīng)方面會獲得優(yōu)先，同時(shí)在流程方面也會有平等的、透明的安排。所以這是一個(gè)非常明確的公司內(nèi)部政策來處理代工業(yè)務(wù)，不會有障礙?！倍情_放尖端代工業(yè)務(wù)對自身 CPU 有沒有影響，是否需要適當(dāng)放緩代工？Zane Ball 指出，“我們的策略是非常簡單的，我們不斷的在技術(shù)上推陳出新，和我們客戶保持同步的增長，滿足他們的需求，盡可能快的發(fā)展我們的業(yè)務(wù)。所以，我們不會有任何顧慮是不是要適當(dāng)減緩我們發(fā)展的步驟，我們開足馬力，全力以赴用我們的技術(shù)和創(chuàng)新為客戶服務(wù)、為市場服務(wù)，盡可能快的發(fā)展。”
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