技術(shù)前沿：“環(huán)抱”晶體管與“三明治”布線

在半導體制程技術(shù)的前沿，英特爾正穩(wěn)步推進其“四年五個制程節(jié)點”計劃，加速實現(xiàn)在2025年推出尖端的制程節(jié)點Intel 18A。

今天，我們將介紹英特爾的兩項突破性技術(shù)：RibbonFET全環(huán)繞柵極晶體管和PowerVia背面供電技術(shù)。這兩項技術(shù)首次成功集成于Intel 20A制程節(jié)點，也將用于Intel 18A。

RibbonFET：柵極“環(huán)抱”晶體管

通過RibbonFET晶體管，英特爾實現(xiàn)了全環(huán)繞柵極(GAA)架構(gòu)。在晶體管中，柵極扮演著關(guān)鍵的開關(guān)角色，控制著電流的流動。RibbonFET使得柵極能夠全面環(huán)繞帶狀的晶體管溝道，這一創(chuàng)新帶來了三大優(yōu)勢：

•節(jié)約空間：晶體管溝道的垂直堆疊，相較于傳統(tǒng)的水平堆疊，大幅減少了空間占用，有助于晶體管的進一步微縮;

RibbonFET晶體管與FinFET晶體管(鰭式場效應(yīng)晶體管)的對比示意圖

•性能提升：柵極的全面環(huán)繞增強了對電流的控制，無論在何種電壓下，都能提供更強的驅(qū)動電流，讓晶體管開關(guān)的速度更快，從而提升晶體管性能;

•靈活設(shè)計：晶體管溝道可以根據(jù)不同的應(yīng)用需求進行寬度調(diào)整，為芯片設(shè)計帶來了更高的靈活性。

PowerVia：從“披薩”到“三明治”的轉(zhuǎn)變

PowerVia背面供電技術(shù)改變了芯片布線的邏輯。

傳統(tǒng)上，計算機芯片的制造過程類似于制作“披薩”，自下而上，先制造晶體管，再構(gòu)建線路層，同時用于互連和供電。然而，隨著晶體管尺寸的不斷縮小，線路層變得越來越“擁擠”，復雜的布線成為了性能提升的瓶頸。

英特爾通過PowerVia實現(xiàn)了電源線與互連線的分離。首先制造晶體管，然后添加互連層，最后將晶圓翻轉(zhuǎn)并打磨，以便在晶體管的底層接上電源線。形象地說，這一過程讓芯片制造更像是制作“三明治”。

PowerVia革新了晶體管的布線方式

背面供電技術(shù)讓晶體管的供電路徑變得更加直接，有效改善了供電，減少了信號串擾，降低了功耗。測試顯示，PowerVia能夠?qū)⑵脚_電壓降低優(yōu)化30%。

同時，這種新的供電方式還讓芯片內(nèi)部的空間得到了更高效的利用，使得芯片設(shè)計公司能夠在不犧牲資源的前提下提高晶體管密度，顯著提升性能。測試結(jié)果表明，采用PowerVia技術(shù)可以實現(xiàn)6%的頻率增益和超過90%的標準單元利用率。

Intel 20A和Intel 18A的技術(shù)演進

半導體技術(shù)的創(chuàng)新是一個不斷迭代的過程。在Intel 20A制程節(jié)點上，英特爾首次成功集成了RibbonFET和PowerVia這兩項突破性技術(shù)?；贗ntel 20A的技術(shù)實踐，這兩項技術(shù)將被應(yīng)用于采用Intel 18A制程節(jié)點的首批產(chǎn)品：AI PC客戶端處理器Panther Lake和服務(wù)器處理器Clearwater Forest。目前，新產(chǎn)品的樣片已經(jīng)出廠、上電并成功啟動操作系統(tǒng)，預(yù)計將在2025年實現(xiàn)量產(chǎn)。

Intel 18A晶圓

此外，這兩項技術(shù)也將通過Intel 18A向英特爾代工(Intel Foundry)的客戶提供。Intel 18A的D0缺陷密度低于0.40，顯示出其在晶圓廠中的生產(chǎn)狀況良好，良率表現(xiàn)優(yōu)秀。今年7月，英特爾還發(fā)布了Intel 18A制程設(shè)計套件(PDK)的1.0版本，得到了生態(tài)系統(tǒng)的積極響應(yīng)。