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| 本文作者： 李帅飞 | 2017-09-20 08:56 |
摩尔定律失效了吗？
这是最近几年被反复提及的一个问题。自从 1965 年被提出到现在，摩尔定律一直在沿着半导体制程工艺不断增强的方向前进，但是到了 10 纳米时代，业界有不少声音认为摩尔定律已经逼近相应的物理极限，并将因此而失去效用。
然而，在举行于 9 月 19 日的“英特尔精尖制造日”上，这家半导体行业的领军者针对以上问题给出了自己的答案。
会上，Intel 执行副总裁兼制造、运营和销售集团总裁 Stacy Smith 对摩尔定律的意义进行了强调。他表示，按照摩尔本人的观察，芯片上的晶体管数量每隔 24 个月将增加一倍；也就是说，在半导体行业产品的性能每两年翻一倍，每个晶体管成本也随值下降。但是 Intel 认为，摩尔定律其实反映的是这样一个经济学原理：
按照特定节奏推动半导体制造能力的进步，我们就可以降低任何依赖于计算的商业模式的成本。
Smith 表示，目前业界经常用 16 纳米、14 纳米、10 纳米等制程节点数字来衡量半导体行业的工艺发展，这些数字的确曾经有它真实的物理意义，但现在却并非如此。实际上，Smith 给出了另外一个衡量性能的指标：晶体管密度。
因此，为了提升晶体管密度，在推动制程工艺推进的同时，Intel 在 14 纳米制程中采用了鳍式场效应晶体管（FinFET）和超微缩技术（Hyper Sacling），其中超微缩技术能够让 14 纳米和 10 纳米上的晶片面积缩小了 0.5 倍以上。
针对市场上竞争对手用 14纳米、10纳米等制程节点数字来凸显优势的现象，Smith 也表示不屑。他表示，虽然数字变了，但在 FinFET 的技术上竞争对手产品的晶体管密度并没有提升；实际上，三星、台积电友商 10 纳米制程技术的晶体管密度只相当于 Intel 14 纳米制程的晶体管密度，并且前者推出的时间还比 Intel 晚了三年。
而在 14 纳米制程之外，Intel 的 10 纳米技术也将量产，并且也用上了超微缩技术。Smith 还表示，实际上 Intel 一般要求自己前瞻三代制程，目前已经在探索 7 纳米和 5 纳米制程。
Smith 最后强调称，摩尔定律在任何可预见的未来都不会终结。
在本次“英特尔精尖制造日”上，Intel 面向全世界首次展示了 10 纳米 Cannon Lake 晶圆。Intel 高级院士兼技术与制造事业部制程架构与集成总监 Mark Bohr 上台对摩尔定律和 10 纳米晶圆进行了补充介绍。
Bohr 首先提出了一个更加量化的、用来计算晶体管密度的公式：
这个公式用到了两个逻辑概念，一个是 NAND 单元，一个是扫描触发器逻辑单元。用 NAND2 晶体管数量除以 NAND2 单元面积，即 NAND 密度；用扫描触发器晶体管数量除以扫描触发器单元面积，得出其密度；前者乘以 0.6 系数，后者乘以 0.4 系数，相加之后即晶体管每平方毫米的数量，也就是晶体管密度。
Bohr 表示，如果用这种方法计算，10 纳米在晶体管密度上的提升是非常明显的，为自家 14 纳米技术的 2.7 倍，大约是业界其他家“10 纳米”工艺的 2 倍。而这一提升，就得益于 Intel 的超微缩技术。实际上，Intel 10 纳米制程的最小栅极间距从 70 纳米缩小至 54 纳米，且最小金属间距从 52 纳米缩小至 36 纳米，尺寸的缩小使得逻辑晶体管密度可达到每平方毫米 1.008亿 个晶体管。
相比之前的 14 纳米制程，英特尔 10 纳米制程提升高达 25% 的性能和降低 45% 的功耗。增强版的 10 纳米制程可将性能再提升 15% 或将功耗再降低 30%。
Bohr 也表示，摩尔定律的目标是提供晶体管的密度，并通过每一代的代际提升来降低成本，从而降低每一个晶体管的平均成本。而从 Intel 10 纳米芯片技术的出现，也恰好说明了摩尔定律没有过时，一直在向前发展。
除了对前沿芯片技术进行不断探索，Intel 其实也在数年前推出了自己的晶圆代工业务，目前也已经进军中国市场；而在此次“英特尔精尖制造日”上，负责晶圆代工业务的 Intel 技术与制造事业部副总裁 Zane Ball也对晶圆代工业务进行了介绍。
Ball 表示，Intel 的晶圆代工的优势在于技术。这首先表示在 FinFET 技术，目前 Intel 已经出产了 700 万片采用这一技术的晶圆；其次是 22 纳米、14 纳米、10 纳米和 22FFL 等制程技术。
其中 Ball 对 Intel 的 22FFL （22 纳米 FinFET 低功耗）技术进行了重点强调。据雷锋网了解，22FFL 是在 2017 年 3 月美国“英特尔精尖制造日”活动上首次宣布的一种面向移动应用的超低功耗 FinFET 技术，其技术基础是 Intel 的 22 纳米/14 纳米的制造经验。
与先前的 22GP（通用）相比，22FFL 技术的漏电量最多可以减少 100 倍，可以提供主流技术中漏电量最低的晶体管。它还可以达到 Intel 14 纳米晶体管相同的驱动电流，实现比业界 28 纳米/22 纳米平面技术更高的面积微缩。
22FFL 在技术上的另一个特点是高集成度；它包含一个完整的射频（RF）套件。借由广泛采用单一图案成形及简化的设计法则，使 22FFL 成为价格合理、易于使用可面向多种产品的设计平台，与业界的 28 纳米的平面工艺 (Planar) 相比在成本上极具竞争力。
相对而言，22FFL 新技术适用于低功耗的物联网和移动产品，它将性能、功耗、密度和易于设计的特性结合起来。Intel 副总裁 Stacy Smith 也针对 22FFL 表示：
我们认为这是业界最简单易用的 FinFET工艺，服务大众的 FinFET。
基于以上技术优势，Intel 的晶圆代工业务主要分为两个市场：一个是网络基础设施，比如说网络处理器、FPGA;另外一个是移动和联网设备，尤其是入门级的智能手机处理器和物联网设备。
作为晶圆代工业务的一个案例，Intel 与 ARM 进行了合作，将 ARM Cortex A75 放到 Intel 标准的晶圆代工流程当中。整个过程由 ARM 提供 IP，用了 14 周时间就完成了首个流片。这个流程采用了 Intel 的 10 纳米晶圆代工技术，检测频率至少可以超过 3.3 GHz；而且从展示的数据看，显得非常稳定。
在现场，Intel 还与 ARM 合作展示了全球首款采用 Intel 10 纳米制程的 ARM Cortex-A75 CPU 内核测试芯片。
过去 Intel 给人的印象是主攻技术，非常低调；但此番 Intel 专门设置了一个所谓的“精尖制造日”来宣传自己的新技术，并且正面怼了三星、台积电等竞争对手。对此，Intel 中国区总裁杨旭的回应是“老虎不说话，你当我是病猫呀”。
不过，实际上，本次“精尖制造日”的宣传重点其实是 Intel 的晶圆代工业务，尤其是面向中国市场。不过雷锋网认为，Intel 之所以如此高调，实际上还是看到了中国半导体行业蓬勃发展的状况。在 58.5% 的全球半导体消费都发生在中国的情况下，Intel 自然也希望通过晶圆代工业务从中分一杯羹。不过从眼下来看，晶圆代工业务只是 Intel 整体业务很小的一部分。
至于“摩尔定律是否失效”这个问题，Intel 也罕见地拿出了高调的姿态为之正名，并试图通过 10 纳米制程技术和其他的一些前沿技术来说明它的长期有效性。
在雷锋网看来，至少在目前说“摩尔定律已经过时”还为时过早，我们也期待在半导体行业在各种前沿新技术的推进下继续向前发展。
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