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英特爾2019-2029年製程路線圖,十年內從10奈米至1.4奈米

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科技產業資訊室 (iKnow) - May 發表於 2019年12月11日

圖、英特爾2019-2029年製程路線圖
Source: ANANDTECH, 2019/12
說明:若對上圖有任何不同意見,請來信討論。

英特爾發布未來十年的製造路線圖-2021年為7nm,2023年為5nm,2025年為3nm,2027年為2nm,2029年為1.4nm。該路線圖釋出是由一位英特爾合作夥伴ASML在IEDM國際電子設計會議上公佈的,但實際上也是基於英特爾於2019年9月發布的內容而修改的。
 
英特爾先進半導體製程延宕多年後,從英特爾公佈的公司2019年Q3財報會議中,透露了英特爾已有晶圓廠開始大批量產10奈米晶片,未來也將建立新廠以大規模生產10奈米晶片。
 
其實,早在5月,英特爾就公佈了先進晶圓製程路線圖,介紹到2023年的目標計劃,但根據外媒Anandtech透露了更詳細的製造路線圖直至2029年的路線圖。
 
未來十年內10nm至1.4nm
 
從流程路線圖來看,英特爾將按照每兩年一次主要節點更新的節奏進行。至於新產品發布也是依據每兩年一次的節奏,據知在2019年推出了10nm(10nm +),隨後將在2021年發布7nm,在2023年發布5nm,在2025年發布3nm,在2027年發布2nm,在2029年發布1.4nm。因此,遵循這條每兩年一次節奏,但是在 + / ++節點就需要做到每年一次的節奏,以便在現有節點上提供更多的性能槓桿和可擴展性機會。
 
在討論每個製成過程的優化節點之前,重點應該在每個主要節點更新必須提供的關鍵功能。同時,在開發下一代製程時,還須為+ / ++節點更新版推出計畫做準備。
 
從7奈米來看,英特爾表示最大的特點是它使用EUV(極紫外光)技術製程。同樣,所有其他主要節點都將具有新功能,但是英特爾並未明確說明新功能。在英特爾推出其10nm ++產品的同時,他們還將為其下一代7nm節點計劃生產和發布。英特爾在2019年投資者會議上已經詳細介紹了10nm和7nm節點。
 
英特爾10nm、10nm +和10nm ++
 
從10nm系列開始,英特爾已說明他們的10nm節點可以提供每瓦性能的一些重大增強。與14nm ++相比,10nm的第一次迭代顯示出效率飛升,英特爾計劃提供10nm的增強版本,其中2019年為10nm +,2020年為10nm ++,2021年為10nm +++。10nm的重大升級將包括: 
  • 2.7倍密度縮放和14nm
  • 自對準四邊形
  • 主動門接觸
  • 鈷互連(M0,M1)
  • 第一代Foveros 3D堆疊
  • 第二代EMIB
英特爾7nm,7nm +和7nm ++
 
在英特爾推出10nm +++產品的同時,他們還將為其下一代7nm節點計劃生產和發布。英特爾將繼續提供7nm工藝節點的優化,包括2022年的7nm +和2023年的7nm ++。7nm將優於10nm的增強功能,其中包括: 
  • 2倍密度縮放vs 10nm
  • 計劃內的節點優化
  • 設計規則減少4倍
  • EUV
  • 下一代Foveros和EMIB包裝
向後移植以達到每個尾端節點優化
 
至於,該2019-2029年路徑圖還討論了向後移植(Back Porting),這是個新議題之一,若依據過去圍繞14nm和10nm節點的優化紛擾,並已顯示每個主要節點至少包括兩個優化。10nm +將取得10nm ++和10nm +++,7nm將取得7nm +(2022)和7nm ++(2023),5nm將獲得5nm +(2024)和5nm ++(2025),3nm將獲得3nm +(2026)和3nm ++(2027),而2nm也將獲得2nm +(2028)和2nm ++(2029)。但,該釋出的10年路線圖並沒有提到1.4nm的優化路徑。
 
英特爾2021-2029製程路線圖:-10nm,7nm,5nm,3nm,2nm,1.4nm
 
因此,未來,每個主要節點之後都會有一個優化的“ +”節點,之後是一個進一步的尾端優化的“ ++”節點。而在10nm情況下,“ ++”節點(在10nm情況下為+++節點)將與下一個主要節點一起啟動。與新節點相比,優化後的節點將具有一些優勢,例如:前兩次更新的頻率和可伸縮性以及更高的產量。
 
因此,有以上各種節點優化變化,英特爾可以決定做出一些更彈性的選擇,因為它們在每一代節點上都有多種選擇的路徑。現在,考慮到該路線圖的時間表,英特爾可能已經決定10nm和7nm的下一步計劃。
 
該路線圖英特爾還討論了在較舊但經過優化的節點上進行反向移植的問題。可以將7nm產品反向移植到10nm +++,可以將5nm產品反向移植到7nm ++,可以將3nm產品反向移植到3nm ++,而可以將2nm產品反向移植到3nm ++。對於1.4nm節點,沒有提到反向移植。
 
最近,有關於英特爾將10nm ++產品(Tiger Lake)移植到14nm +++(Rocket Lake)的謠言和討論。雖然已經找到了充分的證據,但是由於該產品的目標是在2021年推出,因此英特爾對此沒有官方消息。但是,考慮到該路線圖討論的是反向移植,確實可以看到Rocket Lake CPU具有Willow Cove內核的反向端口,這些內核將有機會在10nm ++節點應用於移動平台上運作。

須注意的是,10nm是唯一經過+++優化的製程,因為它已在2019年投入10nm +的應用。目前看來,1.4nm 目標訂在2029年,但是從過去英特爾在實現10nm從原來2015年推遲到2017年來看,2029年預計推出1.4nm計畫,可能要更加把勁了。最近,英特爾首席執行長Bob Swan表示,英特爾公司將全力以赴來追趕台積電,例如英特爾的首批7奈米產品將在2021年第四季之前以追趕台積電的5奈米製程,並希望英特爾早日達到5奈米製程,並在2024年下半年和2025年計畫新產品上市。

台積電方面

目前,台積電製程推進還是維持每兩年推進一個世代。台積電的7奈米EUV已於2019年第二季開始量產,5奈米製程將更積極建置並預計明年(2020)上半年量產,3奈米已進入研究階段預計2022年量產,2奈米也正規畫中預計2024-2025年量產。台積電董事長劉德音則表示,未來先進製程不一定會按照摩爾定律的速度。過去摩爾定律靠密度,現在半導體進展不只製程微縮,不再以線寬尺寸度量,而是以邏輯密度或運算能力作為指標,並已擴展到3D IC、雲端設計,所以,未來與客戶關係更加緊密,跟客戶一起做架構創新。

結語
目前,晶圓製造進入10奈米以下者,僅剩從台積電、英特爾及三星等三家,從以上兩家晶圓製造大廠對先進製程的規劃來看,雖然以每兩年推進一個世代,但越到更小奈米時,已有趨緩現象,正如劉德音董事長所言,未來先進製程不一定會按照摩爾定律的速度,同時,不只製程微縮還要考慮邏輯密度或運算能力。(1500字;圖1)
 
 
參考資料:
Intel’s Manufacturing Roadmap from 2019 to 2029: Back Porting, 7nm, 5nm, 3nm, 2nm, and 1.4 nm. ANandtech, 2019/12/11.
英特爾10奈米晶片開始量產,並公布7奈米、5奈米時間表。科技產業資訊室 (iKnow),2019/10/31。

 
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