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)量除以掃描觸發(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，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，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)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。

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