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什么是摩尔定律?摩尔定律现在还有效吗?

摩尔定律(英语:Moore’s law)是由英特尔(Intel)创始人之一戈登·摩尔提出的。其内容为:集成电路上可容纳的晶体管数目,约每隔两年便会增加一倍;经常被引用的“18个月”,是由英特尔首席执行官大卫·豪斯(David House)提出:预计18个月会将芯片的性能提高一倍(即更多的晶体管使其更快),是一种以倍数增长的观测。

半导体行业大致按照摩尔定律发展了半个多世纪,对二十世纪后半叶的世界经济增长做出了贡献,并驱动了一系列科技创新、社会改革、生产效率的提高和经济增长。个人电脑、因特网、智能手机等技术改善和创新都离不开摩尔定律的延续。

尽管近现代的数十年间摩尔定律均成立,但它仍应被视为是对现象的观测或对未来的推测,而不应被视为一个物理定律或者自然界的规律。从另一角度看,未来的增长率在逻辑上无法保证会跟过去的数据一样,也就是逻辑上无法保证摩尔定律会持续下去。虽然预计摩尔定律将持续到至少2020年。然而,2010年国际半导体技术发展路线图的更新增长已经在2013年年底放缓;又比如说英特尔在22纳米跟14纳米的CPU制程上已经放慢了技术更新的脚步。

什么是摩尔定律?
什么是摩尔定律?

目前,英特尔正在生产10纳米SuperFin节点的芯片,10nm晶圆的数量已经远超同期生产的14nm晶圆的数量,这一代产品的命名将不会改变。

原本英特尔10纳米SuperFin节点的下一代被称之为Enhaned SuperFin,现在更名为Intel 7,Intel 7之后是Intel 4和Intel 3,Intel 3的下一代,将被称为Intel 20A,摩尔定律持续有效,半导体进入原子水平之上的时代——埃米时代。

2023年下半年开始生产Intel 3产品

较之Intel 4,Intel 3将在晶体管每瓦性能上实现约18%的提升,在功耗和面积上也会有所改进。

这主要是因为Intel 3增加了一个比Intel 4更高密度、更高性能的库,提高了内在驱动电流,以完全优化FinFET晶体管,通过减少通孔电阻,优化了互连金属堆栈,与Intel 4相比,在更多工序中增加了EUV的使用。

2024年用Intel 20A开启半导体埃米时代

Intel 3之后的下一个节点是Intel 20A,这将是英特尔能否实现再次引领半导体制造的关键节点。Intel20A有将采用全新的晶体管架构RibbonFET,采用创新技术PowerVia。英特尔宣布,高通将会在Intel 20A制程上与其合作。

RibbonFET 是英特尔对Gate All Around晶体管的实现,它将成为英特尔自 2011 年率先推出 FinFET 以来的首个全新晶体管架构。Gate All Around已经在业界被研发多年,通过堆叠多个通道,即纳米带,可以实现与多个鳍片相同的驱动电流,但占用的空间更小。

“我们预计RibbonFET晶体管带来的性能和密度提升,将超过如今的FinFET晶体管。”负责领导这一技术研究的Sanjay Natarajan表示。

PowerVia 的创新点在于,传统的互连技术是在晶体管层的顶部进行互联,PowerVia则将电源线置于晶体管下面,也就是晶体管的背面,可以腾出更多的资源用于优化信号布线并减少时延。

英特尔研究院副总裁、英特尔中国研究院院长宋继强告诉雷锋网,PowerVia是业界都在研究的技术,主要在设计和工具方面面临着挑战。

“事实上,我们希望在更早的制程节点上测试PowerVia,以确保这项开创性的技术完全准备就绪,2024年在Intel 20A中全面采用。”Sanjay说。

物理意义上,埃米是晶体学、原子物理、超显微结构等常用的长度单位,是比纳米更小的单位,10埃米等于1纳米。Intel 20A 标志着半导体埃米时代的启幕,或将成为制程技术的又一个分水岭。

在更远的未来,Intel 20A下一代工艺Intel 18A也已在研发中,预计将在2025年初推出,将会对RibbonFET进行改进,实现晶体管性能的又一次飞跃。“但是要过一段时间大家才能获得更多的相关信息,因为可预测性对客户至关重要,在整个开发过程中我们始终专注于进度的可预测性。”Sanjay补充表示。

需要指出的是,英特尔今天宣布的新制程技术,全部都是在美国本土开发,将会在英特尔美国俄勒冈州的晶圆厂开始投入大规模生产。

对于英特尔更新节点的命名,赛迪顾问高级分析师吕芃浩持积极态度,他对雷锋网表示:“工艺节点都是各个企业自主命名的,本身技术节点命名上有差距。在同一技术节点,英特尔其实是相对领先的,比如英特尔的10nm工艺跟台积电和三星的7nm基本相当的。采用新的命名可以跟其它代工企业的技术节点保持一致,避免这个命名不同带来的技术落后的假象。按照新的技术路线,英特尔在节点上就是一致了,很快达到相同水平”

一位资深半导体专家也非常看好英特尔最新的路线图。他表示:“英特尔在先进制程方面的能力非常强,最近几年反而落后了,这次的发布应该是解决了某些瓶颈,我对英特尔在先进制程方面实现反超有信心。”

“按照最新的命名,Intel 7 已经开始量产,Intel 4 和Intel 3应该也是能够按照路线图实现的。至于后续工艺将采用新的结构,还有待观察。”吕芃浩同时指出。

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