英特爾高級(jí)院士Mark Bohr：10年內(nèi)看不到摩爾定律終點(diǎn)

【導(dǎo)讀】英特爾高級(jí)院士Mark Bohr說：“20年前，業(yè)內(nèi)權(quán)威人士說，摩爾定律至少還可維持10年；10年前，業(yè)內(nèi)權(quán)威人士又說，摩爾定律至少還可維持10年；今天，我仍要說，摩爾定律至少還可以維持10年。”

隨著CMOS硅工藝尺寸越來越小，有關(guān)硅CMOS工藝什么時(shí)候接近物理極限，從而導(dǎo)致摩爾定律不再成立的爭(zhēng)論最近在業(yè)內(nèi)不絕于耳，10年前有業(yè)內(nèi)權(quán)威人士說7nm將是CMOS硅工藝的物理極限，今天又有人說3nm是物理極限。在我們這些媒體記者眼里，CMOS硅工藝物理極限一直在不斷被突破。

2017年9月19日，一直在業(yè)內(nèi)低調(diào)不發(fā)聲的英特爾終于開始發(fā)威了，在北京瑰麗酒店舉辦的“領(lǐng)先·無界”英特爾精尖制造日活動(dòng)上，挾英特爾最新10nm工藝晶體管密度超出三星和臺(tái)積電（TSMC）2倍以上之威，英特爾高級(jí)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公開說：“今天我還看不到摩爾定律的終點(diǎn)在哪。20年前，業(yè)內(nèi)權(quán)威人士說，摩爾定律至少還可維持10年；10年前，業(yè)內(nèi)權(quán)威人士又說，摩爾定律至少還可維持10年；今天，我仍要說，摩爾定律至少還可以維持10年?！?/p>

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圖1：英特爾最新10nm CMOS工藝比競(jìng)爭(zhēng)友商10nm技術(shù)領(lǐng)先了整整一代
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圖2：英特爾高級(jí)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

英特爾最新宣布的10nm制程工藝不僅擁有全球最密集的晶體管和金屬間距，還首次采用了超微縮技術(shù)，這兩大優(yōu)勢(shì)保證了英特爾在晶體管密度指標(biāo)上的領(lǐng)先性。

英特爾執(zhí)行副總裁兼制造、運(yùn)營(yíng)與銷售集團(tuán)總裁Stacy J. Smith說：“我們最新的10nm制程工藝比競(jìng)爭(zhēng)友商的10nm技術(shù)領(lǐng)先了整整一代，并將于今年年底前投產(chǎn)。”

英特爾最新10nm制程工藝所取得的成就告訴我們，摩爾定律還在繼續(xù)發(fā)揮著作用，而且實(shí)現(xiàn)摩爾定律的方法也不單單依靠工藝尺寸減小帶來的晶體管尺寸縮小，還可以依靠其它的設(shè)計(jì)技術(shù)，如英特爾獨(dú)特的超微縮技術(shù)。

Mark Bohr表示：“我們目前已經(jīng)在開發(fā)7nm制程工藝，5nm和3nm工藝技術(shù)則還在理論研究階段。至少在我們可看見的時(shí)間段內(nèi)，半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)還無法去忽視摩爾定律所帶來的經(jīng)濟(jì)性，也就是說，你在一個(gè)芯片上生產(chǎn)的晶體管數(shù)量越多，經(jīng)濟(jì)性就越高，芯片生產(chǎn)成本就越低。這個(gè)摩爾定律現(xiàn)在你還不能夠忽略?！?/p>

除了采用更大的晶圓和更小的工藝尺寸進(jìn)行芯片制造以外，將不同die集成在一個(gè)芯片封裝上的SiP技術(shù)也是目前業(yè)界通常采用的降低芯片成本的一個(gè)方法。Mark Bohr透露：“其實(shí)英特爾目前也正在探索多芯片封裝的技術(shù)路線，有的可能是現(xiàn)在就可以用的，有的更多地是針對(duì)未來的應(yīng)用。目前英特爾的多芯片封裝技術(shù)也有兩種，第一種是傳統(tǒng)的芯片封裝技術(shù)，第二種是我們正在討論的EMIB封裝技術(shù)，這是一種嵌入式的互聯(lián)橋接技術(shù)，它既可以都是英特爾自己的芯片，也可以是把其他廠商的芯片封裝在一起。第三種是未來的芯片封裝技術(shù)，我們正在探索的是把不同的芯片以3D堆疊的方式封裝起來?！?/p>

他說，當(dāng)然，可能未來會(huì)發(fā)展到這樣一個(gè)階段，單純的只是在一個(gè)制程技術(shù)上集成更多芯片也已經(jīng)不夠用了，這個(gè)時(shí)候我們就要考慮將基于不同制程技術(shù)的異構(gòu)芯片集成在一個(gè)封裝里。

今年英特爾晶圓制造事業(yè)部選擇在北京高調(diào)亮相，主要目的是想告訴中國(guó)乃至全球市場(chǎng)，英特爾要開始對(duì)外承接芯片代工業(yè)務(wù)了，而且代工水平要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高出三星和TSMC，中芯國(guó)際就更不要說了。

上海展銳已經(jīng)借助英特爾14nm FinFET工藝成功生產(chǎn)了9861和9853基帶芯片，展銳董事長(zhǎng)李力游博士非常滿意，這次也親自到北京為英特爾站臺(tái)背書。

為了吸引中低端物聯(lián)網(wǎng)芯片供應(yīng)商，英特爾這次還特別推出了22FFL納米工藝平臺(tái)，這是一種大眾化FinFET工藝，既具備卓越的集成能力，又可以滿足客戶對(duì)快速上市時(shí)間和高性價(jià)比設(shè)計(jì)的要求。

Mark Bohr表示：“22FFL大眾化FinFET工藝平臺(tái)非常適合高度集成、對(duì)成本敏感的產(chǎn)品，且對(duì)高性能和低功耗有較高要求的IOT芯片客戶。22FFL工藝的漏電流是22GP工藝的5百分之一，特別適合IOT終端市場(chǎng)要求。這并不容易實(shí)現(xiàn)，我們克服了極大的困難和挑戰(zhàn)，才實(shí)現(xiàn)了這樣低的一個(gè)漏電性能?！?/p>

而且，Mark Bohr說，英特爾最新的工藝技術(shù)都不會(huì)拿客戶做白老鼠，到目前為止，新工藝的首款產(chǎn)品一定都是英特爾自己的產(chǎn)品。事實(shí)上，不管是14納米還是10納米FinFET制程工藝，其本身會(huì)有一些衍生品。也就是說，對(duì)于同一個(gè)制程技術(shù)，我們還會(huì)推出一些優(yōu)化的增強(qiáng)功能或技術(shù)，事實(shí)上有很多的優(yōu)化需求都是由我們新一代工藝的代工客戶提出來的。這些優(yōu)化工藝其實(shí)是為了更好地支持這些客戶而做的改進(jìn)，我們也非常愿意這樣去做。

未來有可能在IOT芯片制造市場(chǎng)上對(duì)22FFL FinFET工藝平臺(tái)構(gòu)成挑戰(zhàn)的是FD-SOI工藝平臺(tái)，不過，很顯然，英特爾對(duì)Global Foundry看好的FD-SOI工藝并不感冒。

“首先，F(xiàn)DSOI是一種全耗盡的SOI制程工藝，事實(shí)上英特爾研究這個(gè)SOI制程工藝已經(jīng)有很多年的時(shí)間了。我們認(rèn)為FDSOI工藝目前技術(shù)并不是非常的成熟，而且是一種未經(jīng)證實(shí)的制程技術(shù)，而22FFL已經(jīng)被證明是可以量產(chǎn)的制程技術(shù)?！盡ark Bohr指出，“其次，還有一個(gè)方面22FFL明顯優(yōu)于FDSOI。FDSOI需要的襯底是非常昂貴的，目前只有少數(shù)的一些生產(chǎn)廠能夠去生產(chǎn)，而且它生產(chǎn)起來成本高，風(fēng)險(xiǎn)也非常高。最后，用FDSOI做設(shè)計(jì)的時(shí)候要求去控制晶體管的體偏壓，這在設(shè)計(jì)上造成了一定的難度，而22FFL在設(shè)計(jì)上是非常容易的，非常方便的?？偠灾?，22FFL工藝在晶體管的密度、整體處理器的性能水平、以及整個(gè)解決方案的設(shè)計(jì)上都是優(yōu)于FDSOI的，成本方面，兩者應(yīng)該差不多?！?/p>

至于目前業(yè)界越炒越熱的“超越摩爾”概念，實(shí)際上其英文原文是“More Than Mooer”，準(zhǔn)確的翻譯應(yīng)該是“摩爾以外”。今天的摩爾定律主要針對(duì)的是用CMOS工藝開發(fā)的數(shù)字芯片，但“超越摩爾”主要指的是用SiP技術(shù)將MEMS傳感器、RF電路、光學(xué)元件、生物元件等不同工藝領(lǐng)域芯片封裝在一起。

Mark Bohr表示：“超越摩爾現(xiàn)在的概念，實(shí)際上就是我們所說的異構(gòu)芯片。至于未來是否會(huì)超越CMOS，我們認(rèn)為還是需要一定的時(shí)間，目前CMOS的超微縮技術(shù)還有很大的發(fā)展空間，所以我們近期不會(huì)看到有這種需求要去切換到超越CMOS的技術(shù)，如III-V族半導(dǎo)體材料和Tunnel FET。但是英特爾在積極的準(zhǔn)備超越CMOS時(shí)代的到來，我們認(rèn)為從技術(shù)角度來說，這是非常具有挑戰(zhàn)性的。”

III-V族半導(dǎo)體材料能夠?qū)崿F(xiàn)更好的傳導(dǎo)特性，原來可能工作電壓需要0.7，但是現(xiàn)在傳導(dǎo)性更好，只需要0.6伏的工作電壓，這能夠?qū)崿F(xiàn)功耗的降低。Tunnel FET更厲害，它的工作電壓閥值可以做到更低，工作電壓可以進(jìn)一步降到0.3或0.4V，而且可以實(shí)現(xiàn)更低的靜態(tài)電流和漏電。與MOSFET相比，Tunnel FET是一個(gè)結(jié)構(gòu)完全不一樣的、工作原理也完全不一樣的器件。

當(dāng)然，半導(dǎo)體制造行業(yè)的發(fā)展，絕對(duì)不是一家公司之力就可以獨(dú)立推動(dòng)的。英特爾未來與三星、TSMC、Global Foundry等代工廠的關(guān)系，依然還是一個(gè)合作加競(jìng)爭(zhēng)的關(guān)系。

簡(jiǎn)單舉兩個(gè)例子：第一，在晶圓方面，未來一定會(huì)從300mm晶圓向450mm過渡，這個(gè)就不是英特爾一家能夠獨(dú)立推動(dòng)的，未來必須是英特爾、臺(tái)積電、三星、Global Foundry等一起聯(lián)合起來推動(dòng)才有可能實(shí)現(xiàn)。第二，在先進(jìn)的光蝕刻工具方面，比如EUV，雖然英特爾已經(jīng)做了20多年，但這也不是英特爾一家的資金能夠做到的。因此，只有合作的態(tài)度而不是完全競(jìng)爭(zhēng)的態(tài)度才能夠推動(dòng)整個(gè)IC行業(yè)的發(fā)展。