10nm改成7、7nm改成4!Intel CPU工艺全变了:2025年开启新时代

快科技 2021-11-10

7nm

2310 字丨阅读本文需 15 分钟

Intel今天宣布了全新的工艺路线图,一个最核心的变化就是改名:10nm Enhanced SuperFin改名为Intel 7,7nm改名为Intel 4,未来还有Intel 3,以及全新晶体管架构的Intel 20A、Intel 18A。

Intel是坚定的摩尔定律捍卫者,尽管每代工艺的技术指标是最强的,但在进度上确实已经落后于台积电、三星,现在量产了10nm工艺,台积电已经是第二代5nm工艺了,明年还有3nm工艺。

工艺命名上始终落后对手,对Intel来说宣传很不利,早前网友调侃说Intel应该把10nm改成7nm,毕竟他们的晶体管指标确实达到甚至超过了台积电7nm的水平,没想到这个调侃成真,Intel这次真的改名了,但改的方式也有点独特。

Intel表示,此前的工艺节点命名规则始于1997年,都是以实际的栅极宽度来定义(xxnm),但是近些年来,工艺命名和栅极宽度已经不匹配,因此Intel启用了新的命名方式,便于产业、客户、消费者理解。

此前的10nm Enhanced SuperFin工艺改为Intel 7。

对,没有7nm字样,官方就叫做Intel 7,你当7nm也行,但Intel没明确说是7nm,这次就是改了,但又没改。

Intel 7工艺号称能耗比相对于10nm SuperFin提升大约10-15%,今年底的Alder Lake 12代酷睿首发,明年第一季度还有Sapphire Rapids四代可扩展至强。

Intel 4工艺全面引入EUV极紫外光刻,能效比再提升大约20%,明年下半年投产,2023年产品上市。

首发消费级产品是Meteor Lake,已在今年第二季度完成计算单元的六篇,数据中心产品则是Granite Rapids。

Meteor Lake预计将隶属于14代酷睿家族,它之前还有一代Raptor Lake,后者也是Intel 7工艺。

Meteor Lake此前官方也披露过,计算模块(Compute Tile/Compute Die)也就是CPU内核部分今年第二季度完成流片,首次在桌面采用Foveros混合封装。

按照Intel披露的最新信息,Foveros将具备晶圆级的封装能力,史上第一次提供3D堆叠解决方案,不同IP模块可以使用不同工艺,封装凸点间距(bump pitch) 36-50微米。

Meteor Lake上用的Foveros封装技术已经是第二代,之前首发的是Lakefield,也是大小核混合架构的尝鲜之作。

根据最新公布的示意图,Meteor Lake主要有三个部分封装在一起,一是计算模块,二是GPU模块,多达96-192个计算单元,三是SoC-LP,应该是包含内存控制器、PCIe控制器等输入输出部分,类似AMD锐龙/霄龙里的IO Die。

另外,Meteor Lake的热设计功耗范围是最低5W、最高125W,这也和当下的产品线保持基本一致,Alder Lake 12代酷睿在移动端最低就可以做到5W,而这在以往都是Atom低功耗架构才能达成的。

PS:Intel Xe HPC高性能计算架构的Ponte Vecchio计算卡,也会使用第二代Foveros封装,同时还有EMIB封装,首次综合使用。

今天的会议上,Intel还首次展示了Meteor Lake的测试晶圆,除了新工艺还有Foveros 3D立体封装。

这一代,也将是Intel消费级处理器第一次放弃完整的单颗芯片,引入不同工艺、不同IP的模块,借助新的封装技术,整合在一起。

再往后,Intel 3工艺进一步优化FinFET、提升EUV,能效比继续提升大约18%,还有面积优化,2023年下半年投产。

它也是最后一代FinFET晶体管,2011年的22nm二代酷睿Ivy Bridge第一次引入。

之后就是后纳米时代了,工艺命名又改了新的规则,首先是Intel 20A,拥有两项革命性技术,RibbonFET就是类似三星的GAA环绕栅极晶体管,PoerVia则首创取消晶圆前侧的供电走线,改用后置供电,也可以优化信号传输。2024年投产。

接下来是Intel 18A,预计2025年初投产,继续强化RibbonFET,还有下一代高NA EUV光刻,与ASML合作。

RibbonFET晶体管

PowerVia

传统晶圆(左)、Powervia晶圆(右)供电和信号走线对比:图片上方对应晶圆前侧

Intel之前认为EUV极紫外工艺不够成熟,现在EUV光刻工艺已经量产几年了,Intel也开始跟进了,原先的7nm工艺、现在的Intel 4工艺会是全面使用EUV光刻机的开始,首款产品是Meteor Lake,2023年发布。

之后的Intel 3工艺、Intel 20A工艺上也会持续利用EUV工艺,进一步提升性能及能效。

再往后Intel还会积极跟进EUV技术发展,2025年之后的工艺已经规划到了Intel 18A,将使用第二代RibbonFET晶体管,EUV光刻机也会有一次重大升级。

Intel表示致力于定义、构建和部署下一代High-NA EUV,有望率先获得业界第一台High-NA EUV光刻机。

Intel目前正与ASML密切合作,确保这一行业突破性技术取得成功,超越当前一代EUV。

这就意味着Intel很有可能首发下一代EUV光刻机,NA数值孔径从目前的0.33提升到0.5,这是ASML的NXE:5000系列,之前预计是在2023年问世,现在推迟到了2025-2026年,单台售价预计将超过3亿美元,差不多人民币20亿一台。

Intel为了超越台积电、三星重返半导体技术一哥,现在可以说是拼了老命了,对玩家来说这倒是好事,以往的带头大哥回来了。

其实,Intel这次推出的工艺不仅仅是改名那么简单,有一件事非常值得关注,那就是Intel要率先从纳米时代进入埃米时代(Ångstrom,1纳米等于10埃米),这就是Intel预计2024年推出的Intel 20A工艺,其中的A就指的是埃米。

到了埃米时代,20A工艺有两大革命性新技术,RibbonFET及PowerVia,前者就是类似三星的GAA环绕栅极晶体管,PoerVia则首创取消晶圆前侧的供电走线,改用后置供电,也可以优化信号传输。

现在20A工艺的具体细节还没公布,但从字面意义上来看,20A差不多是2nm工艺的水平,倒也符合3nm之后的摩尔定律进步。

20A工艺之后还有18A工艺,除了继续改进RibbonFET及PowerVia技术之外,Intel预计还会首发NA 0.55的下一代EUV光刻机。

如果用一句话解释Intel的目标,那就是CEO基辛格日前在媒体采访中的表态——在2024年到2025年间,Intel将重返半导体技术领先地位,没明说的言外之意就是要超越三星、太台积电,同时确保美国在半导体技术上的地位无可动摇。

对了,除了全新路线图之外,Intel的IFS代工业务也收获了一个重要客户,高通将使用Intel的代工服务,这还是开天辟地头一次,Intel重整代工业务以来这是目前最大、最重要的客户。

不过大家看到Intel生产的高通芯片还很遥远,因为高通使用的是Intel未来的Intel 20A工艺,至少要到2024年才能量产,不跳票的话还得等上3年时间。

同时,亚马逊会第一个和Intel在封装方面进行合作,也是代工客户之一。

另外,Intel还宣布,将于10月27-28日,在旧金山,举办一场名为“Intel Innovation”的技术活动,线下线上同步,话题涉及AI、5G、边缘、云、PC等领域,其中包括新产品的新动态。

从这个时间节点上看,届时有极大概率Intel会正式宣布12代酷睿,至少是纸面宣布,然后赶在年底开始陆续上市。

综合此前消息,12代酷睿年底只会有一批K系列解锁版,包括i9 K 8+8核心、i7 K 8+4核心、i5 K 6+4核心,集成Xe架构、32个单元的UHD核芯显卡,热设计功耗125W、短时睿频功耗最高228W。

旗舰型号将是i9-12900K,8大8小16核心,其中大核全核最高5.0GHz、单核最高5.3GHz,小核全核最高3.7GHz、单核最高3.9GHz,另有三级缓存30MB,多线程性能已可媲美16核心的锐龙9 5950X。

i7-12700K 8大4小12核心,大核全核最高4.7GHz、单核最高5.0GHz,小核全核最高3.6GHz、单核最高3.8GHz。

i5-12600K 6大4小10核心,大核全核最高4.5GHz、单核最高4.9GHz,小核全核最高3.4GHz、单核最高3.6GHz。

按照官方说法,Intel 7工艺会带来10-15%的能效比提升,下一代可扩展至强Sapphire Rapids也会用它。


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