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06-18
Spectrum IEEE 过去五年，英特尔在先进芯片制造方面落后于台积电和三星。
现在，为了重新夺回领先地位，该公司正在采取一项大胆而冒险的举措，在适用于台式机和笔记本电脑的 Arrow Lake 处理器中引入两项新技术，该处理器将于今年年底推出。
英特尔希望通过新的晶体管技术和首创的电力传输系统超越竞争对手。
英特尔技术开发副总裁兼先进晶体管开发总监 Chris Auth 表示，英特尔在过去二十年里引领了晶体管架构的重大变革。
然而，该公司的芯片生产却有着一段坎坷的过去：2016年，英特尔未能按时交付首款10纳米CPU，该芯片的生产推迟了一年，导致使用其14纳米制造的CPU短缺。
纳米芯片。
2016年，7nm节点（更名为Intel 4）再次推迟。
从那时起，该公司一直在追赶。
英特尔的纳米片晶体管 RibbonFET 将取代当今的 FinFET 技术。
FinFET 晶体管通过将晶体管的栅极从三侧（而不是一侧）包裹在沟道区域周围，为 CPU 提供低功耗要求和更高的逻辑电路密度。
但随着 FinFET 尺寸的缩小，这些器件正在接近其栅极控制电流能力的极限。
纳米片晶体管（例如三星的多桥沟道 FET）可以提供更好的控制，因为它们的栅极完全包围沟道区域。
英特尔预计，通过在即将推出的英特尔 20A 处理节点（该公司最新的半导体制造工艺技术）中引入 RibbonFET，能效将提高高达 15%。
20A中的“A”指的是埃，但是，就像以前芯片命名约定中的“纳米”一样，它不再指产品中的特定测量单位。
引入新的供电方案（俗称背面供电，Intel称之为PowerVia）是一个比较显着的变化。
Chris Auth 表示：“自从 Robert Noyce 制造出第一块集成电路以来，一切都在互连的前端进行”，这将是制造商首次使用晶圆另一侧的表面将功率与处理分离。
这种去耦很重要，因为电源线和信号线的优化方式不同：虽然电源线在低电阻、高规格电线上表现最佳，但信号线之间需要更大的空间，以确保最小的干扰。
Imec 逻辑技术副总裁 Julien Ryckaert 表示：“这是一个新领域。
”转向纳米片技术是传统做法，但 Ryckaert 预计将有机会通过背面电源实现创新的新功能。
同时使用两种技术 大约五年前，英特尔决定同时推出这两种技术，大约在同一时间它失去了对竞争对手的领先优势。
通常，这些类型的项目需要长达十年的时间。
随着英特尔越来越接近实施新的晶体管和电力传输网络，其高管发现这些时间表将会交叉。
因此，为了在竞争中保持领先地位并避免等待下一个节点引入其中一种或另一种，该公司决定将这些技术配对。
Auth 表示，这两者都被视为实现英特尔雄心勃勃的目标（即到 2020 年重新获得处理技术领先地位）的“重要支点”。
TechInsights 副主席 Dan Hutcheson 表示：“英特尔过去一直很保守。
”此前，台积电的冒险精神更加激进，失败的概率也更高。
哈奇森解释说，现在情况发生了变化。
“试图同时实施两项重大技术变革是一个非常冒险的举动，在过去，这往往会导致灾难。
” Hutcheson 补充说，英特尔的创新需要通过可靠的生产来实现，以吸引和留住客户，特别是当它继续通过分离制造和产品组将其业务转向半导体代工模式时。
他表示，在代工模式中，客户对制造商的信任至关重要。
由于从开发到产品交付的长期投资，客户“基本上把赌注押在两年后”。
鉴于英特尔在 10 纳米节点方面经历的挫折和延迟，公司高管非常清楚他们所面临的风险。
奥特表示，虽然这个行业“建立在冒险的基础上”，但“在这次经历中，我们承担了太多的风险，我们肯定认识到了这个错误。
”因此，为了降低即将推出的 20A 节点所涉及的成本风险，英特尔添加了一个内部节点，将 PowerVia 与当前一代 FinFET 配对。
根据今年6月发布的测试结果，仅添加PowerVia就带来了6%的性能提升。
这个内部垫脚石使该公司能够测试背面电力传输并解决工艺和设计方面的任何问题。
例如，在工艺方面，英特尔需要弄清楚如何使用称为硅通孔的纳米级垂直连接器正确对齐和连接芯片的正面和背面，该连接器的尺寸是以前连接器的 1/2。
Auth 表示，另一个挑战是在处理硅晶圆的两面时保持芯片图案化所需的光滑表面。
斯坦福大学电气工程教授马克·霍洛维茨表示，考虑到制造精度的更高要求，应考虑预期成本。
从历史上看，随着制造商采用更好的技术，每个晶体管的成本会下降。
这些成本改善现在已基本稳定。
“晶体管价格的变动速度不像以前那么快了，”霍洛维茨说。
与此同时，设计人员必须重新考虑互连线和布局。
Auth 表示，通过使用 PowerVia 将电源线移至芯片背面，“您将抵消大约七年的前端互连学习成果。
”例如，工程师必须重新学习如何发现缺陷并正确散热。
尽管学习曲线陡峭，英特尔预计新技术的结合将带来显着的效益。
Imec 的 Ryckaert 表示，由于每一项进步都解决了独立的缩放问题，因此新的晶体管和电力传输网络可以被视为互补。
他怀疑英特尔在 FinFET 到纳米片过渡期间引入背面电源的决定是为了通过提供比任何一项进步本身带来的更显着的优势来吸引客户。
纳米片晶体管技术可能无法在未来几代人中使用。
Ryckaert 预测，“很快，我们就会看到纳米片的饱和。
”英特尔预计20A将于今年上半年投入生产。
台积电计划于今年年初开始使用其 N2 纳米片技术生产芯片。
N2P芯片（带背面供电的版本）预计将于2020年开始生产。
三星已于2019年在其3nm节点引入纳米片晶体管，但尚未正式公布实施背面供电的时间表。
Hutcheson 认为，所有芯片制造商都在走向背面供电的同一道路上。
英特尔只是第一个迈出这一步的人。
他说，如果公司成功，这种风险可能会使其重新获得领导地位。
“有很多因素。
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