在对摩尔定律的不懈追求过程中,英特尔持续向着关键封装、晶体管、量子物理等领域发力,以推动并加速下一个十年的计算发展。在 2021 年度的 IEEE 国际电子设备会议(IEDM)上,这家芯片巨头概述了最新的成绩。包括实现 10 倍的混合键合封装互连密度提升、30~50% 的晶体管规模增长、新型功率与存储器技术的重大突破,以及有望在某天彻底颠覆传统计算方法的全新物理学概念。

英特尔高级研究员兼组件研究部总经理 Robert Chau 表示:“在英特尔,推进摩尔定律所需的研究和创新从未止步”。

组件研究小组将在 IEDM 2021 期间分享关键研究突破和革命性的工艺与封装技术,以满足行业与社区对于强大计算的永不满足的需求。

这些成果源于英特尔最优秀的科学家和工程师们持续不懈的努力,他们持续走在创新的最前沿,以让摩尔定律能够顺利延续下去。

据悉,摩尔定律长期指引着 IT 行业的计算创新,以满足从大型机、到移动计算设备的每一次技术迭代需求。

不过随着我们进入一个拥有无限数据和人工智能计算的新时代,这种演变时至今日仍在持续。

而作为摩尔定律的基石,英特尔组件研究小组致力于在三个关键领域持续创新:

(1)用于容纳更多晶体管的基础缩放技术;

(2)用于功率和存储增益的新硅功能;

(3)探索物理学领域的新概念,以彻底颠覆这个世界的现有计算方式。

之前许多技术突破,已经在当今许多产品中得到了应用,包括应变硅、Hi-K 金属栅极、FinFET 晶体管、RibbonFET,以及 EMIB 和 Foveros Direct 等封装工艺创新。

【以下是英特尔 IEDM 2021 要点】

(1)英特尔正在对基础缩放技术开展重要研究,以在未来产品中引入更多晶体管。

首先,研究人员概述了针对混合键合互连设计、工艺与组装挑战的解决方案,预计可将封装互连密度提升至 10 倍以上。

其实在 7 月份的 Intel Accelerated 活动上,该公司就已经宣布了 Foveros Direct 的推出计划。特点是支持亚 10 微米的凸点间距,有望将 3D 堆叠的互连密度再提升一个数量级。

为了让生态合作伙伴也能够从小芯片等先进封装技术上获益,英特尔还呼吁建立新的行业标准与测试程序。

其次,在 RibbonFET 环绕栅极之后,英特尔正通过堆叠多个 CMOS 晶体管的方法,以引领即将到来的后 FinFET 时代。

Post-FinFET 旨在实现多达 30~50% 的逻辑缩放改进,以继续推动摩尔定律的发展 —— 在每 m㎡ 塞入更多晶体管。

此外英特尔致力于通过前瞻性研究,为摩尔定律迈向新时代而铺平道路。相关研究展示了如何使用几个原子厚度的新型材料,来制造克服传统硅通道限制的晶体管。

展望未来十年,我们有望迎来在单位芯片面积上增多数百万个晶体管的更强大计算产品。

(2)英特尔正在为芯片带来哪些新特性?

通过在 300mm 晶圆上率先实现基于氮化镓(GaN)的功率开关、结合硅基的 CMOS,英特尔正在推进更高效的功率器件技术。

换言之,这为 CPU 的高速供电和更低能耗损失奠定了基础,同时减少了对主板组件和空间的需求,此外还有行业领先的低延迟读 / 写体验。

得益于新型铁电材料和下一代 DRAM 技术,其有助于提供更大的内存资源,以化解从游戏到人工智能等计算应用程序面临的日益复杂的问题。

(3)英特尔正在通过基于硅晶体管的量子计算、以及全新的开关组件来追求巨大的性能。

行业内的许多企业,都寄希望于可在室温下运行的设备,来推动大规模的节能计算。

展望未来,基于全新物理学概念的新器件,有望取代经典的‘金属-氧化物半导体场效应晶体管’(简称 MOSFET)。

值得一提的是,在 IEDM 2021 上,英特尔展示了全球首个室温状态下的磁电自旋轨道(MESO)逻辑器件,意味着制造基于开关纳米磁体的新型晶体管的潜在可能性。

此外英特尔与 IMEC 在自旋电子材料研究方面取得了新进展,集成研究让器件向着实现全功能自旋扭矩更近了一步。

最后,英特尔展示了用于实现与 CMOS 制造兼容的可扩展量子计算的完整 300mm 量子比特工艺流程,并且已经确定了后续的研究方向。

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