科技以「改名為本」?別讓半導體工藝名稱收了「智商稅」

2021年7月29日,在本周的Inel Accelerated大會上,英特爾CEO帕特·基辛格和他的團隊分享了最新的工藝路線圖,並且介紹了相關工藝的研發情況。在英特爾製程技術路線圖,工藝名稱發生了較大改變。

科技以「改名為本」?別讓半導體工藝名稱收了「智商稅」

科技以「改名為本」?別讓半導體工藝名稱收了「智商稅」

英特爾將之前的10納米Enhanced SuperFin更名為現在的Intel 7。之前的Intel 7納米更名為現在的Intel 4。在路線圖上之後規劃的工藝名稱也變成了Intel 3和Intel 20A。

別再被工藝名稱中的幾納米誤導了

長期以來,很多數碼圈的朋友甚至是一些學習過集成電路知識的專業人士都存在著這樣的誤會,就是把工藝名稱中的幾納米真的當成電晶體上某種實際的「物理尺寸」。這種理解在許多年以前是沒問題的,但對於近些年新研發的一些「先進工藝」是不適用的。

工藝名稱中的幾納米到底是什麼?

在遙遠的過去與一些「物理尺寸」相關,而對於現在,什麼也不是。

遙遠的過去是什麼時候?

上個世紀,大約1997年。

英特爾在發布路線圖時表示「業界早就意識到,從1997年開始,基於納米的傳統製程節點命名方法,不再與電晶體實際的柵極長度相對應。」

台積電此前也回應過類似的問題,台積電營銷負責人Godfrey Cheng做客AMD webinar活動時回應,從0.35微米(350nm)開始,所謂的工藝數字就不再真正代表物理尺度了。他解釋,7nm/N7是一種行業標准化術語而已,之後還有N5等等。

如何理解工藝名稱中的幾納米?

簡單點說當成個代號就就好。

我們拿手機廠商的命名舉個例子,很多手機廠商多以數字來命名手機型號。比如:小米10、華為暢享10、iPhone x(勉強也算以10命名)。但是這時候如果有人說:「這幾款手機都是以10命名的10代手機,所以它們應該是差不多的。」

手機廠商不同,只是因為命名相近就得出這樣的結論,這顯然是沒有邏輯關系的。

對於半導體工藝來說也是這樣的,不同廠商之間的同命名產品,差距其實挺大的。具體舉例來說,如果按「命名法」理解,台積電的7nm應該是比英特爾的10nm電晶體密度高。但事實並非如此,英特爾10nm工藝的電晶體密度是比台積電的N7(7nm)要高。

如果把工藝名稱理解成某種「物理尺寸」比如關鍵尺寸(Critical Dimension,簡稱CD),那麼就很容易造成以上這種誤解了。專業人士有這種誤解的原因也很簡單,就像「關鍵尺寸」當年是寫入專業課課本甚至作為考題出現的。這些知識並沒有錯,只是時代變了,不適用於近些年的工藝了。

從另一方面說,這種情況也是無奈。當普通人問:「幾納米工藝的幾納米是指什麼?」這時要怎麼回答呢?

在不同歷史時期幾納米是指什麼;

對於不同的廠商,他們工藝之間的不同是什麼;

對於同一個廠商,同一個工藝節點的不同型號工藝(比如台積電N7/ N7P/ N7+)差別又是什麼。

所以想要准確的回答這種問題,其實挺難的。

科技以「改名為本」?別讓半導體工藝名稱收了「智商稅」

圖片僅作為示例,文檔中有各種尺寸的設計規則

不過對於從業者,這個倒好解決了,晶圓代工廠對於每種工藝都會提供一個描述文件,這個文件一般挺厚的,會很清楚的描述一種工藝哪里到哪里的尺寸是多少。

改名之爭的開端

對於了解半導體行業的朋友來說,摩爾定律應該是比較熟悉了。摩爾定律是英特爾創始人之一戈登·摩爾的經驗之談,他發現每隔18-24個月,晶片上電晶體數目就增加一倍。

為了使電晶體密度翻倍,每個電晶體尺寸需要縮小為原來的0.7倍,因此工藝節點也是以前一代工節點的0.7倍命名。例如350nm(0.35微米)下一代工藝就是250nm(0.25微米)。

*關於為什麼是0.7倍

舉例來說晶片面積假設為100,里面每個電晶體假設為正方形,邊長為a,對角線長度為b。

科技以「改名為本」?別讓半導體工藝名稱收了「智商稅」

當電晶體數量由100翻倍到200後,邊長a和對角線長度b的尺寸都變為了原來的大約0.7倍。

因此0.7倍這樣的命名方式成為了業界的一種習慣,但是並不是每一次都能順利縮小電晶體尺寸。

科技以「改名為本」?別讓半導體工藝名稱收了「智商稅」

從數據中我們可以看出,在0.35微米(350nm)之後,工藝代號與half-pitch(半節距)和Gate length(柵極長度)就已經不再相符了。

起名方式的分歧

工藝代號與「物理尺寸」之間的數據偏移其實並不麻煩,真正麻煩的是各家的標准不一樣。這時候主要分為了兩派,一派以英特爾為代表,另一派是以台積電、三星這些企業為代表。

英特爾這邊直到最近幾年都在堅持每一代工藝電晶體密度翻倍,而台積電、三星這邊則是工藝有提升就使用新一代工藝名稱發布。這就造成了一個結果,同樣是10nm工藝,英特爾的10nm工藝電晶體密度可能是三星10nm工藝的兩倍。

為什麼現在改名?

這之前這幾年,台積電嚴格來說不算是英特爾的同行。在很多晶圓代工廠排名榜上我們可以發現,台積電常年位居首位,而三星緊跟其後。但排行榜上卻沒有英特爾的影子。這不是因為英特爾實力不行,而是因為這幾年英特爾基本不從事晶圓代工。大約在2018年,英特爾關閉了晶圓代工業務,從此開始過上了自產自銷的生活。

2021年三月,帕特·基辛格就任CEO後宣布了「IDM 2.0」戰略,在這個戰略中,英特爾重新開放了晶圓代工業務。而此時晶圓代工行業的客戶早已習慣了「台積電式」的工藝命名。因此這次英特爾工藝大改名可以看做是向晶圓代工行業的一種妥協,命名方式也貼近台積電的標准進行。

在此次改名中將原有的「10納米Enhanced SuperFin」改名為了「Intel 7」工藝,這個名字是不帶「nm(納米)」的,這種命名方式也可以看做是英特爾在命名上最後的倔強了。

結語

在文章的最後,我有一些想法和補充的信息,在此分享給大家。

1.工藝名稱早已代號化了,現在還在用這種命名方式只是一種習慣。對於例如美光這樣的存儲晶片大廠,有著1X、1Y、1Z以及最近的1α這樣的工藝名稱。中芯國際也有N+1和N+2工藝。

2.科技以改名為本,工藝名稱數字小,營銷效果好。如今濃眉大眼的英特爾也把工藝命名改得像台積電了。不得不說,工藝名稱數字小,真香!

3.不同晶圓廠的工藝都存在差異,即使是同一廠家的同一個工藝節點,也有可能存在差異。對於拿不到設計規則文件的非從業者來說難以精確比較。

4.如果只是粗略比較,可以對比兩個工藝的電晶體密度,電晶體密度越高越好。

5.對於讀到這里的朋友,留一個思考題給大家。

對於一些專家所說的14nm夠用了,這里的14nm指的是中芯國際的14nm還是英特爾的14nm?

科技以「改名為本」?別讓半導體工藝名稱收了「智商稅」

科技以「改名為本」?別讓半導體工藝名稱收了「智商稅」

如果指的是中芯國際的14nm,那還好。可如果指的是英特爾的14nm,那麼對於電晶體密度打了大概67折之後的中芯國際14nm是否還夠用呢?

來源:cnBeta