摩爾定律失效了嗎?

　　這是最近幾年被反復(fù)提及的一個(gè)問(wèn)題。自從 1965 年被提出到現(xiàn)在，摩爾定律一直在沿著半導(dǎo)體制程工藝不斷增強(qiáng)的方向前進(jìn)，但是到了 10 納米時(shí)代，業(yè)界有不少聲音認(rèn)為摩爾定律已經(jīng)逼近相應(yīng)的物理極限，并將因此而失去效用。

　　然而，在舉行于 9 月 19 日的“英特爾精尖制造日”上，這家半導(dǎo)體行業(yè)的領(lǐng)軍者針對(duì)以上問(wèn)題給出了自己的答案。

　　Intel：摩爾定律不會(huì)過(guò)時(shí)

　　會(huì)上，Intel 執(zhí)行副總裁兼制造、運(yùn)營(yíng)和銷(xiāo)售集團(tuán)總裁 Stacy Smith 對(duì)摩爾定律的意義進(jìn)行了強(qiáng)調(diào)。他表示，按照摩爾本人的觀(guān)察，芯片上的晶體管數(shù)量每隔 24 個(gè)月將增加一倍;也就是說(shuō)，在半導(dǎo)體行業(yè)產(chǎn)品的性能每?jī)赡攴槐叮總€(gè)晶體管成本也隨值下降。但是 Intel 認(rèn)為，摩爾定律其實(shí)反映的是這樣一個(gè)經(jīng)濟(jì)學(xué)原理：

　　按照特定節(jié)奏推動(dòng)半導(dǎo)體制造能力的進(jìn)步，我們就可以降低任何依賴(lài)于計(jì)算的商業(yè)模式的成本。

　　Smith 表示，目前業(yè)界經(jīng)常用 16 納米、14 納米、10 納米等制程節(jié)點(diǎn)數(shù)字來(lái)衡量半導(dǎo)體行業(yè)的工藝發(fā)展，這些數(shù)字的確曾經(jīng)有它真實(shí)的物理意義，但現(xiàn)在卻并非如此。實(shí)際上，Smith 給出了另外一個(gè)衡量性能的指標(biāo)：晶體管密度。

　　因此，為了提升晶體管密度，在推動(dòng)制程工藝推進(jìn)的同時(shí)，Intel 在 14 納米制程中采用了鰭式場(chǎng)效應(yīng)晶體管(FinFET)和超微縮技術(shù)(Hyper Sacling)，其中超微縮技術(shù)能夠讓 14 納米和 10 納米上的晶片面積縮小了 0.5 倍以上。

　　針對(duì)市場(chǎng)上競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手用 14納米、10納米等制程節(jié)點(diǎn)數(shù)字來(lái)凸顯優(yōu)勢(shì)的現(xiàn)象，Smith 也表示不屑。他表示，雖然數(shù)字變了，但在 FinFET 的技術(shù)上競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手產(chǎn)品的晶體管密度并沒(méi)有提升;實(shí)際上，三星、臺(tái)積電友商 10 納米制程技術(shù)的晶體管密度只相當(dāng)于 Intel 14 納米制程的晶體管密度，并且前者推出的時(shí)間還比 Intel 晚了三年。

　　而在 14 納米制程之外，Intel 的 10 納米技術(shù)也將量產(chǎn)，并且也用上了超微縮技術(shù)。Smith 還表示，實(shí)際上 Intel 一般要求自己前瞻三代制程，目前已經(jīng)在探索 7 納米和 5 納米制程。

　　Smith 最后強(qiáng)調(diào)稱(chēng)，摩爾定律在任何可預(yù)見(jiàn)的未來(lái)都不會(huì)終結(jié)。

　　10 納米晶圓全球首發(fā)，即將量產(chǎn)

　　在本次“英特爾精尖制造日”上，Intel 面向全世界首次展示了 10 納米 Cannon Lake 晶圓。Intel 高級(jí)院士兼技術(shù)與制造事業(yè)部制程架構(gòu)與集成總監(jiān) Mark Bohr 上臺(tái)對(duì)摩爾定律和 10 納米晶圓進(jìn)行了補(bǔ)充介紹。

　　Bohr 首先提出了一個(gè)更加量化的、用來(lái)計(jì)算晶體管密度的公式：

　　這個(gè)公式用到了兩個(gè)邏輯概念，一個(gè)是 NAND 單元，一個(gè)是掃描觸發(fā)器邏輯單元。用 NAND2 晶體管數(shù)量除以 NAND2 單元面積，即 NAND 密度;用掃描觸發(fā)器晶體管數(shù)量除以?huà)呙栌|發(fā)器單元面積，得出其密度;前者乘以 0.6 系數(shù)，后者乘以 0.4 系數(shù)，相加之后即晶體管每平方毫米的數(shù)量，也就是晶體管密度。

　　Bohr 表示，如果用這種方法計(jì)算，10 納米在晶體管密度上的提升是非常明顯的，為自家 14 納米技術(shù)的 2.7 倍，大約是業(yè)界其他家“10 納米”工藝的 2 倍。而這一提升，就得益于 Intel 的超微縮技術(shù)。實(shí)際上，Intel 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。

　　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。增強(qiáng)版的 10 納米制程可將性能再提升 15% 或?qū)⒐脑俳档?30%。

　　Bohr 也表示，摩爾定律的目標(biāo)是提供晶體管的密度，并通過(guò)每一代的代際提升來(lái)降低成本，從而降低每一個(gè)晶體管的平均成本。而從 Intel 10 納米芯片技術(shù)的出現(xiàn)，也恰好說(shuō)明了摩爾定律沒(méi)有過(guò)時(shí)，一直在向前發(fā)展。

　　其實(shí)，Intel 還有晶圓代工業(yè)務(wù)

　　除了對(duì)前沿芯片技術(shù)進(jìn)行不斷探索，Intel 其實(shí)也在數(shù)年前推出了自己的晶圓代工業(yè)務(wù)，目前也已經(jīng)進(jìn)軍中國(guó)市場(chǎng);而在此次“英特爾精尖制造日”上，負(fù)責(zé)晶圓代工業(yè)務(wù)的 Intel 技術(shù)與制造事業(yè)部副總裁 Zane Ball也對(duì)晶圓代工業(yè)務(wù)進(jìn)行了介紹。

　　Ball 表示，Intel 的晶圓代工的優(yōu)勢(shì)在于技術(shù)。這首先表示在 FinFET 技術(shù)，目前 Intel 已經(jīng)出產(chǎn)了 700 萬(wàn)片采用這一技術(shù)的晶圓;其次是 22 納米、14 納米、10 納米和 22FFL 等制程技術(shù)。

　　其中 Ball 對(duì) Intel 的 22FFL (22 納米 FinFET 低功耗)技術(shù)進(jìn)行了重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)。據(jù)雷鋒網(wǎng)了解，22FFL 是在 2017 年 3 月美國(guó)“英特爾精尖制造日”活動(dòng)上首次宣布的一種面向移動(dòng)應(yīng)用的超低功耗 FinFET 技術(shù)，其技術(shù)基礎(chǔ)是 Intel 的 22 納米/14 納米的制造經(jīng)驗(yàn)。

　　與先前的 22GP(通用)相比，22FFL 技術(shù)的漏電量最多可以減少 100 倍，可以提供主流技術(shù)中漏電量最低的晶體管。它還可以達(dá)到 Intel 14 納米晶體管相同的驅(qū)動(dòng)電流，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。

　　22FFL 在技術(shù)上的另一個(gè)特點(diǎn)是高集成度;它包含一個(gè)完整的射頻(RF)套件。借由廣泛采用單一圖案成形及簡(jiǎn)化的設(shè)計(jì)法則，使 22FFL 成為價(jià)格合理、易于使用可面向多種產(chǎn)品的設(shè)計(jì)平臺(tái)，與業(yè)界的 28 納米的平面工藝 (Planar) 相比在成本上極具競(jìng)爭(zhēng)力。

　　相對(duì)而言，22FFL 新技術(shù)適用于低功耗的物聯(lián)網(wǎng)和移動(dòng)產(chǎn)品，它將性能、功耗、密度和易于設(shè)計(jì)的特性結(jié)合起來(lái)。Intel 副總裁 Stacy Smith 也針對(duì) 22FFL 表示：

　　我們認(rèn)為這是業(yè)界最簡(jiǎn)單易用的 FinFET工藝，服務(wù)大眾的 FinFET。

　　基于以上技術(shù)優(yōu)勢(shì)，Intel 的晶圓代工業(yè)務(wù)主要分為兩個(gè)市場(chǎng)：一個(gè)是網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施，比如說(shuō)網(wǎng)絡(luò)處理器、FPGA;另外一個(gè)是移動(dòng)和聯(lián)網(wǎng)設(shè)備，尤其是入門(mén)級(jí)的智能手機(jī)處理器和物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備。

　　作為晶圓代工業(yè)務(wù)的一個(gè)案例，Intel 與 ARM 進(jìn)行了合作，將 ARM Cortex A75 放到 Intel 標(biāo)準(zhǔn)的晶圓代工流程當(dāng)中。整個(gè)過(guò)程由 ARM 提供 IP，用了 14 周時(shí)間就完成了首個(gè)流片。這個(gè)流程采用了 Intel 的 10 納米晶圓代工技術(shù)，檢測(cè)頻率至少可以超過(guò) 3.3 GHz;而且從展示的數(shù)據(jù)看，顯得非常穩(wěn)定。

　　在現(xiàn)場(chǎng)，Intel 還與 ARM 合作展示了全球首款采用 Intel 10 納米制程的 ARM Cortex-A75 CPU 內(nèi)核測(cè)試芯片。

　　老虎不說(shuō)話(huà)，你當(dāng)我是病貓呀

　　過(guò)去 Intel 給人的印象是主攻技術(shù)，非常低調(diào);但此番 Intel 專(zhuān)門(mén)設(shè)置了一個(gè)所謂的“精尖制造日”來(lái)宣傳自己的新技術(shù)，并且正面懟了三星、臺(tái)積電等競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手。對(duì)此，Intel 中國(guó)區(qū)總裁楊旭的回應(yīng)是“老虎不說(shuō)話(huà)，你當(dāng)我是病貓呀”。

　　不過(guò)，實(shí)際上，本次“精尖制造日”的宣傳重點(diǎn)其實(shí)是 Intel 的晶圓代工業(yè)務(wù)，尤其是面向中國(guó)市場(chǎng)。不過(guò)雷鋒網(wǎng)(公眾號(hào)：雷鋒網(wǎng))認(rèn)為，Intel 之所以如此高調(diào)，實(shí)際上還是看到了中國(guó)半導(dǎo)體行業(yè)蓬勃發(fā)展的狀況。在 58.5% 的全球半導(dǎo)體消費(fèi)都發(fā)生在中國(guó)的情況下，Intel 自然也希望通過(guò)晶圓代工業(yè)務(wù)從中分一杯羹。不過(guò)從眼下來(lái)看，晶圓代工業(yè)務(wù)只是 Intel 整體業(yè)務(wù)很小的一部分。

　　至于“摩爾定律是否失效”這個(gè)問(wèn)題，Intel 也罕見(jiàn)地拿出了高調(diào)的姿態(tài)為之正名，并試圖通過(guò) 10 納米制程技術(shù)和其他的一些前沿技術(shù)來(lái)說(shuō)明它的長(zhǎng)期有效性。

　　在雷鋒網(wǎng)看來(lái)，至少在目前說(shuō)“摩爾定律已經(jīng)過(guò)時(shí)”還為時(shí)過(guò)早，我們也期待在半導(dǎo)體行業(yè)在各種前沿新技術(shù)的推進(jìn)下繼續(xù)向前發(fā)展。