技術(shù)前沿：“環(huán)抱”晶體管與“三明治”布線

在半導(dǎo)體制程技術(shù)的前沿，英特爾正穩(wěn)步推進(jìn)其“四年五個(gè)制程節(jié)點(diǎn)”計(jì)劃，加速實(shí)現(xiàn)在2025年推出尖端的制程節(jié)點(diǎn)Intel 18A。

今天，我們將介紹英特爾的兩項(xiàng)突破性技術(shù)：RibbonFET全環(huán)繞柵極晶體管和PowerVia背面供電技術(shù)。這兩項(xiàng)技術(shù)首次成功集成于Intel 20A制程節(jié)點(diǎn)，也將用于Intel 18A。

RibbonFET：柵極“環(huán)抱”晶體管

通過(guò)RibbonFET晶體管，英特爾實(shí)現(xiàn)了全環(huán)繞柵極（GAA）架構(gòu)。在晶體管中，柵極扮演著關(guān)鍵的開(kāi)關(guān)角色，控制著電流的流動(dòng)。RibbonFET使得柵極能夠全面環(huán)繞帶狀的晶體管溝道，這一創(chuàng)新帶來(lái)了三大優(yōu)勢(shì)：

• 節(jié)約空間：晶體管溝道的垂直堆疊，相較于傳統(tǒng)的水平堆疊，大幅減少了空間占用，有助于晶體管的進(jìn)一步微縮；

RibbonFET晶體管與FinFET晶體管（鰭式場(chǎng)效應(yīng)晶體管）的對(duì)比示意圖

• 性能提升：柵極的全面環(huán)繞增強(qiáng)了對(duì)電流的控制，無(wú)論在何種電壓下，都能提供更強(qiáng)的驅(qū)動(dòng)電流，讓晶體管開(kāi)關(guān)的速度更快，從而提升晶體管性能；
• 靈活設(shè)計(jì)：晶體管溝道可以根據(jù)不同的應(yīng)用需求進(jìn)行寬度調(diào)整，為芯片設(shè)計(jì)帶來(lái)了更高的靈活性。

PowerVia：從“披薩”到“三明治”的轉(zhuǎn)變

PowerVia背面供電技術(shù)改變了芯片布線的邏輯。

傳統(tǒng)上，計(jì)算機(jī)芯片的制造過(guò)程類(lèi)似于制作“披薩”，自下而上，先制造晶體管，再構(gòu)建線路層，同時(shí)用于互連和供電。然而，隨著晶體管尺寸的不斷縮小，線路層變得越來(lái)越“擁擠”，復(fù)雜的布線成為了性能提升的瓶頸。

英特爾通過(guò)PowerVia實(shí)現(xiàn)了電源線與互連線的分離。首先制造晶體管，然后添加互連層，最后將晶圓翻轉(zhuǎn)并打磨，以便在晶體管的底層接上電源線。形象地說(shuō)，這一過(guò)程讓芯片制造更像是制作“三明治”。

PowerVia革新了晶體管的布線方式

背面供電技術(shù)讓晶體管的供電路徑變得更加直接，有效改善了供電，減少了信號(hào)串?dāng)_，降低了功耗。測(cè)試顯示，PowerVia能夠?qū)⑵脚_(tái)電壓降低優(yōu)化30%。

同時(shí)，這種新的供電方式還讓芯片內(nèi)部的空間得到了更高效的利用，使得芯片設(shè)計(jì)公司能夠在不犧牲資源的前提下提高晶體管密度，顯著提升性能。測(cè)試結(jié)果表明，采用PowerVia技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)6%的頻率增益和超過(guò)90%的標(biāo)準(zhǔn)單元利用率。

Intel 20A和Intel 18A的技術(shù)演進(jìn)

半導(dǎo)體技術(shù)的創(chuàng)新是一個(gè)不斷迭代的過(guò)程。在Intel 20A制程節(jié)點(diǎn)上，英特爾首次成功集成了RibbonFET和PowerVia這兩項(xiàng)突破性技術(shù)?；贗ntel 20A的技術(shù)實(shí)踐，這兩項(xiàng)技術(shù)將被應(yīng)用于采用Intel 18A制程節(jié)點(diǎn)的首批產(chǎn)品：AI PC客戶(hù)端處理器Panther Lake和服務(wù)器處理器Clearwater Forest。目前，新產(chǎn)品的樣片已經(jīng)出廠、上電并成功啟動(dòng)操作系統(tǒng)，預(yù)計(jì)將在2025年實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)。

Intel 18A晶圓

此外，這兩項(xiàng)技術(shù)也將通過(guò)Intel 18A向英特爾代工（Intel Foundry）的客戶(hù)提供。Intel 18A的缺陷密度已達(dá)到D0級(jí)別，小于0.40，顯示出其在晶圓廠中的生產(chǎn)狀況良好，良率表現(xiàn)優(yōu)秀。今年7月，英特爾還發(fā)布了Intel 18A制程設(shè)計(jì)套件（PDK）的1.0版本，得到了生態(tài)系統(tǒng)的積極響應(yīng)。