英特爾瞄準人工智能已是顯而易見的事情了,畢竟錯過移動市場加上PC市場日漸不給力,找尋有活力、有潛力的新興市場實屬情理之中的事情。但作為半導體IDM巨頭,英特爾也沒有落下制程工藝推進的事業,雖然目前看起來臺積電、三星的制程更為領先,已經可以量產10nm,但別忘了去年夏天曾爆出過的半導體制造巨頭間的制程并不對等這一情況。
英特爾制程更先進?
說到制程就不得不提納米(nm),那么什么是納米呢?這是一個單位,也就是1米的十億分之一。用一個指甲來作比喻的話,那就是說試著把一片指甲的側面切成10萬條線,每條線就約等同于1納米,由此可略為想像得到1納米是何等的微小了。
就拿14nm制程來說,這里所指14nm的,是指在芯片中,線最小可以做到14納米的尺寸,下圖為傳統電晶體的長相,以此作為例子。縮小電晶體的最主要目的就是為了要減少耗電量,然而要縮小哪個部分才能達到這個目的?左下圖中的L就是我們期望縮小的部分。藉由縮小閘極長度,電流可以用更短的路徑從Drain端到Source端。
英特爾14nm工藝與臺積電、三星同代工藝比較
但實際上線寬定義半導體工藝先進程度并不準確,更有意義的是柵極距(gate pitch)、鰭片間距(Fin Pitc)等,英特爾早前就對比過他們與臺積電、三星的16、14nm工藝,如上圖所示,英特爾的14nm工藝在這些關鍵指標上要比三星、臺積電好得多,這兩家的工藝其實有些名不副實,落后Intel差不多半代水平。
三星、臺積電在半導體工藝命名上贏過了英特爾,這實際上是商業宣傳的勝利,技術上超越英特爾還有點名不正言不順,對這個問題業界早前就有過爭議了,不過這事有沒有什么強制性約束,如何命名更多地是廠商自己的事,大家也只能聽之任之了。
在這樣的背景下,英特爾昨天發了一條很有意思的文章:讓我們清理半導體工藝命名的混亂吧。文章的作者是Mark Bohr,英特爾高級院士,也是處理器架構與集成部門的主管,可以說是資深的業界專家了,他在這篇文章中就指出了業界在半導體工藝命名上的混亂之態。
當然,他的重點不是批評現狀,而是給出了一個更合理的衡量半導體工藝水平的公式,如下圖所示:
英特爾給出的衡量半導體工藝先進程度的公式
這個公式挺復雜的,Bohr院士指出衡量半導體工藝真正需要的是晶體管密度,這個公式分為兩部分,一部分計算2bit NAND(4個晶體管)的密度,另一部分更為復雜,計算的是SFF(scan flip flop)的晶體管密度,0.6和0.4兩個數字是這兩部分的加權系數。
Bohr院士希望半導體廠商在介紹工藝節點時也應該公布邏輯芯片的晶體管密度,而且還有一個重要的參數:SRAM cell單元面積,考慮到每家廠商的工藝都不同,在NAND+SFF密度之外最好還要獨立公布SRAM面積。
為ARM芯片代工
去年8月份,在英特爾IDF 2016上,英特爾宣布與ARM達成了新的授權協議,英特爾工廠未來將生產ARM芯片。由于英特爾與ARM是直面的競爭對手,此舉一出,立即在業內引發了強烈反響。
多年來,在芯片設計方面,ARM一直是英特爾的競爭對手。ARM的芯片設計可以讓英特爾的競爭對手用來打造自己的產品。但是現在,ARM芯片將很快會在英特爾的工廠進行生產。在近日于舊金山舉行的一次活動中,英特爾多次談到它準備在今年上馬的10納米芯片制造工藝的成本優勢。這一優勢將會在今年晚些時候給英特爾帶來更多的芯片生產業務。
這個看似不可能的合作背后,是源于近10年來頂級晶圓廠的數目減少,現在有頂級工藝生產能力的晶圓廠只剩下英特爾、Global Foundries、三星和臺積電4家了。而英特爾投資百億美元建造的晶圓廠,其產能之大,即便英特爾自己的芯片業務也無法完全利用工廠的產能,讓英特爾開始考慮為其他廠商進行芯片生產。
雖然為ARM陣營的芯片廠商代工芯片聽起來和匪夷所思,但英特爾可以選擇的客戶并不多,要不就是ARM芯片領域的,要不就是AMD這種直接對手,要不就是英偉達這種顯卡制造商。但高通現在是用三星代工,而英偉達是用臺積電,就ARM領域的蘋果A系列芯片沒有直接競爭關系了。
EMIB概念解決性能與成本間的矛盾
簡單的算了一下英特爾在各個領域的對手,自動駕駛領域,有高通和英偉達兩大對手;服務器芯片市場,有AMD和ARM陣營虎視眈眈;半導體制造方面又要和三星臺積電PK。英特爾這家全球排名第一的半導體企業還真挺忙的,看來冠軍不易做這一道理適用于任何存在競爭的領域。是以雖然被外界稱為“牙膏廠”,但其實英特爾追求進步的腳步從未停歇。
英特爾本周二宣布了最新的EMIB技術,旨在解決處理器性能與成本之間的矛盾。
英特爾表示,目前的處理器所有元件都采用統一制程,要不全部是22nm,要不全部都是14nm。未來還會進入10nm、7nm時代,但研發成本會因為制程的升級而大幅攀升,不利于產品價格維持。
所以,英特爾提出了EMIB概念——嵌入式多芯片互連。
簡單說,EMIB允許將不同制程的元件拼湊在一起來實現更高的性價比。比如電路部分用不到那么先進的制程,那就依舊使用22nm工藝制造,而承擔核心任務的芯片則使用10nm或者14nm來制造。
英特爾表示,使用EMIB技術并不會造成整體芯片的性能下降,反而能夠提升各部分之間的傳輸效率,其速度可以達到數百Gigabytes,較傳統多芯片技術來說,延遲降低了四倍。
EMIB芯片內部各組件按需采用不同制程
現在的處理器內部所有組件都采用相同制程