坚信摩尔定律，英特尔详细阐述实现路径

当前，对“摩尔定律”是否还有效一直讨论不休，英特尔一直是摩尔定律的坚定支持者。近日，英特尔研究院副总裁、英特尔中国研究院院长宋继强博士在 2023 年英特尔中国战略媒体沟通会上，详细阐述了英特尔摩尔定律的实现逻辑。

英特尔认为，摩尔定律依然有效的大背景是，在数字化加速转型过程中，数据量将呈指数级上升，数据形态也会发生多种多样的变化。因此，底层的很多创新必须要增加算力、降低能耗比，同时能够把多样的芯片整合起来。那么，如何具体如何实现摩尔定律呢？

首先，在芯片制造方面，英特尔设立了“四年五个节点”目标，加速推动摩尔定律，这五个节点分别是 Intel 7、Intel 4、Intel 3 和 Intel 20A、Intel 18A。

Intel 7 的时候英特尔使用 DUV 光刻机，从 Intel 4 开始使用 EUV、Intel 3 全面使用 EUV，Intel 20A 开始采用高数值孔径的 EUV 光刻机，这意味着可以刻画更细的特征尺寸、分辨率更高，可以减少工艺流程的复杂度，降低缺陷。在晶体管结构层面，Intel 20A 也会应用 RibbonFET（之前的 Intel 7、Intel 4、Intel 3 都是 FinFET 鳍式晶体管），RibbonFET 是 GAA 全环绕栅极晶体管的一种实现。英特尔采用纳米片结构，在一个很小尺寸的晶体管堆叠里可以做很多通道，同时可以在相同的驱动电流下让这些通道更快速地开关，晶体管性能得到大幅度提升。同时在 Intel 20A 中，英特尔还首次在晶体管结构里采用了背部供电的结构，这样可以把逻辑层和供电层分开，在绕线方面节约大量成本。

“有这三个新技术的加持，Intel 20A 时我们肯定可以达到很好的晶体管性能。那个时候，第一，英特尔进入了“埃米时代”，第二，我们的晶体管性能可以与业界领先水平持平。”宋继强说道，“在 2025 年，我们相信在 Intel 18A 的时代我们能重新拿回制程、晶体管制造方面的领先地位。”

有了制程的加持，是不是就能搞定摩尔定律后面逐渐的升级？其实还很困难。到了 Intel 20A 和 Intel 18A，其实也就是在 2nm 和 1nm 之间继续推进，虽然还可以做晶体管微缩，但难度会越来越大。为了继续增加单位面积上的晶体管密度，英特尔关注的另一个重要方向就是先进封装技术。

传统封装技术是为了从基板给上面的裸片提供电和信号，但是先进封装可以让这些裸片之间互相传递控制信号，甚至传递数据。英特尔认为，可以利用先进封装技术，在一个封装好的设备里去构建一个完整的计算系统，它们可以各司其职，靠高密度的互联连在一起，这就让更大规模的裸片的复合体成为可能。

宋继强表示，异构封装是一种更灵活的分解式方案。现在很多流行的芯片对存储要求很大，而存储的微缩速度是跟不上逻辑的。把存储和逻辑分开后，就将不同的芯片连接在一起，这样比较好地解决了一定要在同一工艺上把微缩做下去的困难。

据悉，英特尔目前主要的产品级封装技术包括：

• 2.5D 的先进封装技术 EMIB，已经被用于很多英特尔产品，它在平面上把不同的芯片连接起来，通过嵌入式的多芯片连接桥连起来，可以让连起来的芯片之间的连接凸点间距降到 50 微米以下，进一步可以将到 45 微米、30 微米层面。

• 3D 封装技术 Foveros 是在垂直层面上“搭高楼”，每一层还可以再做 2D 层面的连接。3D 的封装技术可以继续把凸点间距减小到 10 微米这个级别。

• Foveros Direct 技术引入混合键合技术，即在封装两枚裸芯片的铜触点时不用焊料，直接通过混合键合技术把它们封在一起，进一步减少凸点间距，增加电流传输的效果。

此外，英特尔也在通过前沿组件研究继续往前推动摩尔定律。“这等于说，我们能够去知道后面会有什么新的技术加进来，这也是我们不断推动摩尔定律的原动力之一，是我们的技术储备。”

比如，3D 封装方面，英特尔正在实验室测试的全新混合键合技术，可以把凸点间距进一步缩到 3 微米，成功后就可以实现类似于单芯片层级的系统设计。晶体管结构方面，英特尔计划采用更先进的 2D 材料。据悉，这种材料只有 3 个原子厚，是一种过渡金属的硫化物，电流通过效应和抗短沟道效应的能力都很好。采用这种 2D 薄型材料做通道的话，同样的尺寸下可以放进更多沟道。

在存储方面，英特尔正在研究铁电、反铁电类的新存储材料，也有一些磁自旋电子的存储材料。不过，宋继强表示，当前铁电、反铁电技术会走得更快，能够达到更高存储密度、降低存储的时延。同时，在功率半导体方面，英特尔在硅基的半导体上叠加氮化镓的半导体也获得了不错性能：高功率器件在 40 伏时候达到现在已有器件 20 倍的品质因数，在 16 伏也达到 680G 赫兹的高频。

宋继强表示，英特尔的愿景是在 2030 年可以在单个芯片内集成 1 万亿个晶体管。“现在英特尔单个芯片封装内最多能有 1200、1300 亿个晶体管，距离到 1 万亿还有 8 倍。现在到 2030 年还有 8 年，如果按照这个节奏走，它还是符合摩尔定律发展趋势的。”

当然，宋继强也指出，虽然知道了如何推进摩尔定律，但其中也存在一些挑战。第一，需要进一步寻找合适的材料，而且要把它从实验室级别做到量产级别；第二，要有更新的架构出现，以便能用更好的晶体管能力分配完成任务；第三，要充分地使用 2D、3D 封装的能力，而且要真正组织大家去把物理层的 IP 开发好、验证好。