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科技以“改名为本”?别让半导体工艺名称收了“智商税”

【TechWeb】2021年7月29日,在本周的Inel Accelerated大会上,英特尔CEO帕特·基辛格和他的团队分享了最新的工艺路线图,并且介绍了相关工艺的研发情况。在英特尔制程技术路线图,工艺名称发生了较大改变。

英特尔将之前的10纳米Enhanced SuperFin更名为现在的Intel 7。之前的Intel 7纳米更名为现在的Intel 4。在路线图上之后规划的工艺名称也变成了Intel 3和Intel 20A。

别再被工艺名称中的几纳米误导了

长期以来,很多数码圈的朋友甚至是一些学习过集成电路知识的专业人士都存在着这样的误会,就是把工艺名称中的几纳米真的当成晶体管上某种实际的“物理尺寸”。这种理解在许多年以前是没问题的,但对于近些年新研发的一些“先进工艺”是不适用的。

工艺名称中的几纳米到底是什么?

在遥远的过去与一些“物理尺寸”相关,而对于现在,啥也不是。

遥远的过去是什么时候?

上个世纪,大约1997年。

英特尔在发布路线图时表示“业界早就意识到,从1997年开始,基于纳米的传统制程节点命名方法,不再与晶体管实际的栅极长度相对应。”

台积电此前也回应过类似的问题,台积电营销负责人Godfrey Cheng做客AMD webinar活动时回应,从0.35微米(350nm)开始,所谓的工艺数字就不再真正代表物理尺度了。他解释,7nm/N7是一种行业标准化术语而已,之后还有N5等等。

如何理解工艺名称中的几纳米?

简单点说当成个代号就就好。

我们拿手机厂商的命名举个例子,很多手机厂商多以数字来命名手机型号。比如:小米10、华为畅享10、iPhone x(勉强也算以10命名)。但是这时候如果有人说:“这几款手机都是以10命名的10代手机,所以它们应该是差不多的。”

手机厂商不同,只是因为命名相近就得出这样的结论,这显然是没有逻辑关系的。

对于半导体工艺来说也是这样的,不同厂商之间的同命名产品,差距其实挺大的。具体举例来说,如果按“命名法”理解,台积电的7nm应该是比英特尔的10nm晶体管密度高。但事实并非如此,英特尔10nm工艺的晶体管密度是比台积电的N7(7nm)要高。

如果把工艺名称理解成某种“物理尺寸”比如关键尺寸(Critical Dimension,简称CD),那么就很容易造成以上这种误解了。专业人士有这种误解的原因也很简单,就像“关键尺寸”当年是写入专业课课本甚至作为考题出现的。这些知识并没有错,只是时代变了,不适用于近些年的工艺了。

从另一方面说,这种情况也是无奈。当普通人问:“几纳米工艺的几纳米是指什么?”这时要怎么回答呢?

在不同历史时期几纳米是指什么;

对于不同的厂商,他们工艺之间的不同是什么;

对于同一个厂商,同一个工艺节点的不同型号工艺(比如台积电N7/ N7P/ N7+)差别又是什么。

所以想要准确的回答这种问题,其实挺难的。

图片仅作为示例,文档中有各种尺寸的设计规则

不过对于从业者,这个倒好解决了,晶圆代工厂对于每种工艺都会提供一个描述文件,这个文件一般挺厚的,会很清楚的描述一种工艺哪里到哪里的尺寸是多少。

改名之争的开端

对于了解半导体行业的朋友来说,摩尔定律应该是比较熟悉了。摩尔定律是英特尔创始人之一戈登·摩尔的经验之谈,他发现每隔18-24个月,芯片上晶体管数目就增加一倍。

为了使晶体管密度翻倍,每个晶体管尺寸需要缩小为原来的0.7倍,因此工艺节点也是以前一代工节点的0.7倍命名。例如350nm(0.35微米)下一代工艺就是250nm(0.25微米)。

*关于为什么是0.7倍

举例来说芯片面积假设为100,里面每个晶体管假设为正方形,边长为a,对角线长度为b。

当晶体管数量由100翻倍到200后,边长a和对角线长度b的尺寸都变为了原来的大约0.7倍。

因此0.7倍这样的命名方式成为了业界的一种习惯,但是并不是每一次都能顺利缩小晶体管尺寸。

从数据中我们可以看出,在0.35微米(350nm)之后,工艺代号与half-pitch(半节距)和Gate length(栅极长度)就已经不再相符了。

起名方式的分歧

工艺代号与“物理尺寸”之间的数据偏移其实并不麻烦,真正麻烦的是各家的标准不一样。这时候主要分为了两派,一派以英特尔为代表,另一派是以台积电、三星这些企业为代表。

英特尔这边直到最近几年都在坚持每一代工艺晶体管密度翻倍,而台积电、三星这边则是工艺有提升就使用新一代工艺名称发布。这就造成了一个结果,同样是10nm工艺,英特尔的10nm工艺晶体管密度可能是三星10nm工艺的两倍。

为什么现在改名?

这之前这几年,台积电严格来说不算是英特尔的同行。在很多晶圆代工厂排名榜上我们可以发现,台积电常年位居首位,而三星紧跟其后。但排行榜上却没有英特尔的影子。这不是因为英特尔实力不行,而是因为这几年英特尔基本不从事晶圆代工。大约在2018年,英特尔关闭了晶圆代工业务,从此开始过上了自产自销的生活。

2021年三月,帕特·基辛格就任CEO后宣布了“IDM 2.0”战略,在这个战略中,英特尔重新开放了晶圆代工业务。而此时晶圆代工行业的客户早已习惯了“台积电式”的工艺命名。因此这次英特尔工艺大改名可以看做是向晶圆代工行业的一种妥协,命名方式也贴近台积电的标准进行。

在此次改名中将原有的“10纳米Enhanced SuperFin”改名为了“Intel 7”工艺,这个名字是不带“nm(纳米)”的,这种命名方式也可以看做是英特尔在命名上最后的倔强了。

结语

在文章的最后,我有一些想法和补充的信息,在此分享给大家。

1.工艺名称早已代号化了,现在还在用这种命名方式只是一种习惯。对于例如美光这样的存储芯片大厂,有着1X、1Y、1Z以及最近的1α这样的工艺名称。中芯国际也有N+1和N+2工艺。

2.科技以改名为本,工艺名称数字小,营销效果好。如今浓眉大眼的英特尔也把工艺命名改得像台积电了。不得不说,工艺名称数字小,真香!

3.不同晶圆厂的工艺都存在差异,即使是同一厂家的同一个工艺节点,也有可能存在差异。对于拿不到设计规则文件的非从业者来说难以精确比较。

4.如果只是粗略比较,可以对比两个工艺的晶体管密度,晶体管密度越高越好。

5.对于读到这里的朋友,留一个思考题给大家。

对于一些专家所说的14nm够用了,这里的14nm指的是中芯国际的14nm还是英特尔的14nm?

如果指的是中芯国际的14nm,那还好。可如果指的是英特尔的14nm,那么对于晶体管密度打了大概67折之后的中芯国际14nm是否还够用呢?

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