英特爾的Intel 4能對(duì)標(biāo)臺(tái)積電的4nm嗎？

其實(shí)早在一個(gè)月前，英特爾的Intel4工藝的情報(bào)就被陸續(xù)爆料出來(lái)了，只不過(guò)近日在VLSI22論壇上，其詳細(xì)情報(bào)終于解禁，我們也得以看看英特爾版的7nm（Intel4），是否能夠?qū)?biāo)臺(tái)積電的4nm，還是說(shuō)像英特爾官方宣稱(chēng)的那樣，2024年以后才會(huì)奪回半導(dǎo)體制造霸主的地位？

英特爾版的7nm水平如何？

我們先來(lái)看看PPA上的表現(xiàn)，英特爾給出了Intel7與Intel4在高性能單元庫(kù)上的物理參數(shù)（見(jiàn)下圖）對(duì)比，以英特爾慣用的密度計(jì)算方式來(lái)看，也就是標(biāo)準(zhǔn)單元高度乘以CPP，Intel4相較Intel7實(shí)現(xiàn)了兩倍的提升。
同時(shí)在頻率上，相較用于AlderLake的Intel7工藝，Intel4提供8VT的選項(xiàng)（4N+4P），在同等功耗下，芯片頻率可以做到高出20%以上。當(dāng)然了，這個(gè)頻率提升范圍是在2GHz到3GHz的低頻范圍內(nèi)，3GHz以上的頻率提升大約在10%左右，這也是為何Intel4主要用于Meteor Lake-P這一筆記本CPU平臺(tái)，至于桌面平臺(tái)的高頻CPU多半不會(huì)使用這一工藝。

英特爾從去年開(kāi)始就在大量采購(gòu)來(lái)自ASML的EUV光刻機(jī)，其采購(gòu)頻率和規(guī)模差不多與臺(tái)積電相近了。我們都知道EUV光刻機(jī)是當(dāng)下突破摩爾定律的最大功臣之一，但EUV光刻機(jī)也為晶圓廠帶來(lái)了一些額外的福利，比如英特爾就表示，通過(guò)使用EUV光刻機(jī)，Intel4簡(jiǎn)化了工序。
每一代工藝突破，比如從16nm到10nm，從10nm到7nm，掩模數(shù)量都是在增加的。以臺(tái)積電為例，14nm和16nm的掩模數(shù)量大約為60個(gè)，10nm大約為78個(gè)，7nm就到了87個(gè)，這個(gè)趨勢(shì)下去，5nm的掩模數(shù)量肯定會(huì)破百，但臺(tái)積電的5nm在EUV光刻機(jī)的幫助下，通過(guò)單個(gè)EUV掩模替換為多個(gè)光學(xué)掩模，將掩模數(shù)量做到了81個(gè)。而英特爾這邊得到的結(jié)果更加喜人，在首次引入EUV光刻機(jī)后，Intel4的掩模數(shù)量相較Intel7減少了20%，如此一來(lái)也將總工序減少了5%。除此之外，Intel4也與現(xiàn)有的先進(jìn)封裝技術(shù)兼容，比如EMIB和FOVEROS。

只是Intel3的過(guò)渡？

目前已知享受Intel4工藝的似乎只有Meteor Lake這一移動(dòng)CPU平臺(tái)，而原定為Intel4的GraniteRapids被移去了Intel3，Sierra Forest也將維持使用Intel3工藝。以此來(lái)看，雖然通過(guò)EUV光刻機(jī)的在制造工藝內(nèi)的大量使用，為Intel4提供了不錯(cuò)的PPA表現(xiàn)，但其本身還是一個(gè)過(guò)渡工藝。

雖然有了高性能庫(kù)，但卻缺少了高密度的單元。比如臺(tái)積電的7nm節(jié)點(diǎn)，就根據(jù)單元高度的不同，提供HD和HP這兩個(gè)高密度和高性能的版本。高密度往往意味著更低的功耗，這也是手機(jī)SoC和高能效服務(wù)器處理器主要選擇的單元庫(kù)。

這是因?yàn)橛⑻貭柌](méi)有在這一工藝節(jié)點(diǎn)上提供完全的庫(kù)或IP，在Meteor Lake上，英特爾只要提供高性能的小芯片CPU即可，而圖形GFX部分有可能來(lái)自臺(tái)積電，SoC和IO部分則不會(huì)使用Intel4這一工藝節(jié)點(diǎn)。

所以Intel4沒(méi)有全棧I/O，也沒(méi)有SoC，這也就是為何第六代Xeon處理器GraniteRapids選擇了等待Intel3的原因，因?yàn)檫@類(lèi)處理器需要高密度單元和更優(yōu)異的I/O。在介紹Intel4時(shí)，英特爾不斷強(qiáng)調(diào)了EUV光刻機(jī)應(yīng)用帶來(lái)的優(yōu)勢(shì)，然而這還是只是英特爾全面EUV的初期，Intel3才是滿(mǎn)血的EUV工藝節(jié)點(diǎn)，同時(shí)也將成為IFS代工服務(wù)的首個(gè)高性能節(jié)點(diǎn)。

結(jié)語(yǔ)

英特爾的半導(dǎo)體工藝在更名前，向來(lái)都是隔代對(duì)標(biāo)競(jìng)品的，在更名后Intel4自然對(duì)標(biāo)的也成了臺(tái)積電和三星的4nm工藝。從已知的參數(shù)來(lái)看，三星4nm低于150MTr/mm2的晶體管密度自然是比不了英特爾和臺(tái)積電的，而Intel4只有高性能庫(kù)，所以單純對(duì)比晶體管密度的話會(huì)有些吃虧，大概在160MTr/mm2左右，還是不如臺(tái)積電4nm的178MTr/mm2。

所以只有未來(lái)的Intel3或許能夠達(dá)到與臺(tái)積電N3持平的地步，要談超越的話，就得等到Intel20A工藝了。這倒不是說(shuō)Intel4這個(gè)過(guò)渡工藝毫無(wú)可圈可點(diǎn)之處，至少在性能和能耗比上有著可觀的提升，目前移動(dòng)端處理器明顯才是英特爾CCG業(yè)務(wù)的銷(xiāo)售量大頭，所以Intel4明顯是用來(lái)走量的，Intel3才是用來(lái)和別家打的。