6张图了解英特尔 intel 3 工艺

英特尔的至强6处理器采用新的英特尔3制造工艺制造。

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来源  /   IEEE Spectrum&wccftech；荣格电子芯片综合翻译整理

 

在上周的VLSI研讨会上，英特尔详细介绍了intel 3 工艺，该工艺将成为其高性能数据中心客户代工服务的基础。在相同的功耗下，intel 3 工艺比之前的工艺英特尔4性能提升了18%。

 

Intel 3 代表了英特尔 IDM 2.0 战略中的第三个工艺节点，该战略旨在四年内开发五个工艺节点，并将成为第一个针对代工厂制造的先进节点。

 

intel 3 工艺节点包括四个变体，这些变体经过架构和增量共同开发，旨在降低风险并实现一致的执行。这些变体包括：

 

-英特尔 3-T 工艺节点建立在基础工艺的基础上，为图像处理、高性能计算和 AI 等 3D 堆叠应用提供硅通孔 （TSV），在这些应用中需要将多个计算和内存组件集成到单个封装中。

 

-英特尔 3-E 节点为外部接口、模拟和混合信号功能增加了一组丰富的 I/O，增加了该系列的广度。

 

-最后，英特尔 3-PT 节点将所有这些进步整合到一个工艺中，然后为设计人员增加了更多的性能增强和卓越的易用性，同时包括对更细间距的 9um TSV 和混合键合选项的支持，以实现更高密度的 3D 堆叠。

 

我们相信，英特尔 3-PT 节点为各种应用提供了性能、灵活性和成本的独特组合。作为基于FinFET的终极工艺节点，它将成为中流砥柱，并在未来许多年内与新技术一起使用，适用于内部和外部晶圆代工客户。

 

 

 

Part 1

偶极子永远存在

 

在该公司的路线图上，intel 3 是最后一款使用鳍片场效应晶体管 （FinFET） 结构的产品，该公司于2011年率先采用这种结构。但它也包括英特尔首次使用一项技术，该技术在FinFET不再是尖端技术之后很长一段时间内对其计划至关重要。更重要的是，该技术对于该公司成为代工厂并为其他公司制造高性能芯片的计划至关重要。

 

它被称为偶极子功函数金属，允许芯片设计人员选择几种不同阈值电压的晶体管。阈值电压是设备打开或关闭的电平。使用intel 3 工艺，单个芯片可以包含具有四个严格控制的阈值电压中的任何一个的设备。这很重要，因为不同的功能在不同的阈值电压下运行效果最好。例如，高速缓存通常要求设备具有高阈值电压，以防止浪费功率的电流泄漏。而其他电路可能需要速度最快的开关器件，具有最低的阈值电压。

 

阈值电压由晶体管的栅极堆栈设置，栅极堆栈是控制流过晶体管的电流的金属和绝缘层。从历史上看，“金属的厚度决定了阈值电压，”英特尔代工技术开发副总裁Walid Hafez解释道。“工作功能金属越厚，阈值电压就越低。”但是，这种对晶体管几何形状的依赖会带来一些缺点，因为设备和电路会缩小规模。

 

制造过程中的微小偏差会改变栅极中金属的体积，从而导致阈值电压范围较宽。这就是Intel 3 流程从英特尔只为自己制造芯片到作为代工厂运行的转变例证。

 

Hafez说，“外部代工厂的运作方式与英特尔等集成设备制造商非常不同”。晶圆代工客户“需要不同的东西......他们需要的一件事是阈值电压的非常紧密变化。”

 

英特尔则不同。即使没有严格的阈值电压容差，它也可以通过将性能最好的部件引导到其数据中心业务和其他细分市场中性能较差的部件来销售其所有部件。

 

“很多外部客户不这样做，”他说。如果芯片不符合他们的限制，他们可能不得不将其夹住。因此，intel 3 要想在代工领域取得成功，就必须有非常严格的变化。

 

在英特尔看来，Intel 3 将在未来至少十年内长期支持代工厂客户，从而为汽车和物联网等需要更长生命周期的应用打开大门。

 

偶极子功函数材料保证了对阈值电压的必要控制，而不必担心栅极中有多少空间。它是金属和其他材料的专有混合物，尽管只有埃厚，但对晶体管的硅通道具有强大的影响。

 

与旧的厚金属栅极一样，新的材料组合会静电改变硅的能带结构，从而改变阈值电压。但它是通过在它和硅之间的薄绝缘层中诱导偶极子（电荷分离）来实现的。

 

由于代工客户要求严格控制英特尔，竞争对手台积电和三星很可能已经在其最新的FinFET工艺中使用了偶极子。这种结构究竟是由什么构成的，是一个商业秘密，但镧是早期研究的一个组成部分，它是比利时微电子研究中心Imec提出的其他研究的关键成分。该研究关注的是如何最好地围绕水平硅带堆叠而不是一个或两个垂直鳍片构建材料。

 

在这些称为纳米片或栅极全能晶体管的器件中，每条硅带之间只有纳米，因此偶极子是必需的。三星已经推出了纳米片工艺，而英特尔的20A工艺计划于今年晚些时候推出。Hafez 说，在intel 3 中引入偶极子工作函数有助于使20A及其后继者18A进入更成熟的状态。

 

英特尔表示，基础的Intel 3 工艺节点在相同功率下为整个处理器核心提供高达 18% 的性能提升、一组灵活的金属互连选项，并且密度比上一代Intel 4 节点提高高达 10% 。这代表了整整一代的性能改进 — —短短一年内就取得了巨大进步。

 

偶极子工作功能并不是intel 3 比其前身提升18%的唯一技术。其中还包括更完美的鳍片，与晶体管的更清晰的触点，以及更低的互连电阻和电容。英特尔正在使用该过程来构建其至强 6 CPU。该公司计划为客户提供该技术的三种变体，包括一种 3-PT，具有 9 微米的硅电压。

 

总之，英特尔3技术提供了FinFET工艺节点的终极系列，并提供了比英特尔4节点高10%的性能和密度。英特尔3节点在2023年第四季度达到制造就绪状态，目前正在为英特尔至强6处理器家族（开篇图）进行大规模制造。我们正在兑现我们对5N4Y计划一致执行的承诺，并为过渡到GAA晶体管RibbonFET和Angstrom时代铺平道路，英特尔20A和英特尔18A工艺节点将在未来一年推出。

 

参考链接：

1.Intel’s New FinFET Suggests Foundry Service Provider Plans

https://spectrum.ieee.org/intel-foundry-finfet

 

2.Intel 3 Process Node Detailed: 18% More Performance At Same Power, 10% Higher Density, Shipping With Xeon 6 CPUs Now

https://wccftech.com/intel-3-process-node-18-percent-performance-same-power-10-percent-higher-density-shipping-xeon-6-cpus-now/

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