英特尔高级院士Mark Bohr：10年内看不到摩尔定律终点

【导读】英特尔高级院士Mark Bohr说：“20年前，业内权威人士说，摩尔定律至少还可维持10年；10年前，业内权威人士又说，摩尔定律至少还可维持10年；今天，我仍要说，摩尔定律至少还可以维持10年。”

随着CMOS硅工艺尺寸越来越小，有关硅CMOS工艺什么时候接近物理极限，从而导致摩尔定律不再成立的争论最近在业内不绝于耳，10年前有业内权威人士说7nm将是CMOS硅工艺的物理极限，今天又有人说3nm是物理极限。在我们这些媒体记者眼里，CMOS硅工艺物理极限一直在不断被突破。

2017年9月19日，一直在业内低调不发声的英特尔终于开始发威了，在北京瑰丽酒店举办的“领先·无界”英特尔精尖制造日活动上，挟英特尔最新10nm工艺晶体管密度超出三星和台积电（TSMC）2倍以上之威，英特尔高级院士、技术与制造事业部制程架构与集成总监 Mark Bohr公开说：“今天我还看不到摩尔定律的终点在哪。20年前，业内权威人士说，摩尔定律至少还可维持10年；10年前，业内权威人士又说，摩尔定律至少还可维持10年；今天，我仍要说，摩尔定律至少还可以维持10年。”

 

图1：英特尔最新10nm CMOS工艺比竞争友商10nm技术领先了整整一代
 

图2：英特尔高级院士、技术与制造事业部制程架构与集成总监 Mark Bohr

英特尔最新宣布的10nm制程工艺不仅拥有全球最密集的晶体管和金属间距，还首次采用了超微缩技术，这两大优势保证了英特尔在晶体管密度指标上的领先性。

英特尔执行副总裁兼制造、运营与销售集团总裁Stacy J. Smith说：“我们最新的10nm制程工艺比竞争友商的10nm技术领先了整整一代，并将于今年年底前投产。”

英特尔最新10nm制程工艺所取得的成就告诉我们，摩尔定律还在继续发挥着作用，而且实现摩尔定律的方法也不单单依靠工艺尺寸减小带来的晶体管尺寸缩小，还可以依靠其它的设计技术，如英特尔独特的超微缩技术。

Mark Bohr表示：“我们目前已经在开发7nm制程工艺，5nm和3nm工艺技术则还在理论研究阶段。至少在我们可看见的时间段内，半导体产业还无法去忽视摩尔定律所带来的经济性，也就是说，你在一个芯片上生产的晶体管数量越多，经济性就越高，芯片生产成本就越低。这个摩尔定律现在你还不能够忽略。”

除了采用更大的晶圆和更小的工艺尺寸进行芯片制造以外，将不同die集成在一个芯片封装上的SiP技术也是目前业界通常采用的降低芯片成本的一个方法。Mark Bohr透露：“其实英特尔目前也正在探索多芯片封装的技术路线，有的可能是现在就可以用的，有的更多地是针对未来的应用。目前英特尔的多芯片封装技术也有两种，第一种是传统的芯片封装技术，第二种是我们正在讨论的EMIB封装技术，这是一种嵌入式的互联桥接技术，它既可以都是英特尔自己的芯片，也可以是把其他厂商的芯片封装在一起。第三种是未来的芯片封装技术，我们正在探索的是把不同的芯片以3D堆叠的方式封装起来。”

他说，当然，可能未来会发展到这样一个阶段，单纯的只是在一个制程技术上集成更多芯片也已经不够用了，这个时候我们就要考虑将基于不同制程技术的异构芯片集成在一个封装里。

今年英特尔晶圆制造事业部选择在北京高调亮相，主要目的是想告诉中国乃至全球市场，英特尔要开始对外承接芯片代工业务了，而且代工水平要远远高出三星和TSMC，中芯国际就更不要说了。

上海展锐已经借助英特尔14nm FinFET工艺成功生产了9861和9853基带芯片，展锐董事长李力游博士非常满意，这次也亲自到北京为英特尔站台背书。

为了吸引中低端物联网芯片供应商，英特尔这次还特别推出了22FFL纳米工艺平台，这是一种大众化FinFET工艺，既具备卓越的集成能力，又可以满足客户对快速上市时间和高性价比设计的要求。

Mark Bohr表示：“22FFL大众化FinFET工艺平台非常适合高度集成、对成本敏感的产品，且对高性能和低功耗有较高要求的IOT芯片客户。22FFL工艺的漏电流是22GP工艺的5百分之一，特别适合IOT终端市场要求。这并不容易实现，我们克服了极大的困难和挑战，才实现了这样低的一个漏电性能。”

而且，Mark Bohr说，英特尔最新的工艺技术都不会拿客户做白老鼠，到目前为止，新工艺的首款产品一定都是英特尔自己的产品。事实上，不管是14纳米还是10纳米FinFET制程工艺，其本身会有一些衍生品。也就是说，对于同一个制程技术，我们还会推出一些优化的增强功能或技术，事实上有很多的优化需求都是由我们新一代工艺的代工客户提出来的。这些优化工艺其实是为了更好地支持这些客户而做的改进，我们也非常愿意这样去做。

未来有可能在IOT芯片制造市场上对22FFL FinFET工艺平台构成挑战的是FD-SOI工艺平台，不过，很显然，英特尔对Global Foundry看好的FD-SOI工艺并不感冒。

“首先，FDSOI是一种全耗尽的SOI制程工艺，事实上英特尔研究这个SOI制程工艺已经有很多年的时间了。我们认为FDSOI工艺目前技术并不是非常的成熟，而且是一种未经证实的制程技术，而22FFL已经被证明是可以量产的制程技术。”Mark Bohr指出，“其次，还有一个方面22FFL明显优于FDSOI。FDSOI需要的衬底是非常昂贵的，目前只有少数的一些生产厂能够去生产，而且它生产起来成本高，风险也非常高。最后，用FDSOI做设计的时候要求去控制晶体管的体偏压，这在设计上造成了一定的难度，而22FFL在设计上是非常容易的，非常方便的。总而言之，22FFL工艺在晶体管的密度、整体处理器的性能水平、以及整个解决方案的设计上都是优于FDSOI的，成本方面，两者应该差不多。”

至于目前业界越炒越热的“超越摩尔”概念，实际上其英文原文是“More Than Mooer”，准确的翻译应该是“摩尔以外”。今天的摩尔定律主要针对的是用CMOS工艺开发的数字芯片，但“超越摩尔”主要指的是用SiP技术将MEMS传感器、RF电路、光学元件、生物元件等不同工艺领域芯片封装在一起。

Mark Bohr表示：“超越摩尔现在的概念，实际上就是我们所说的异构芯片。至于未来是否会超越CMOS，我们认为还是需要一定的时间，目前CMOS的超微缩技术还有很大的发展空间，所以我们近期不会看到有这种需求要去切换到超越CMOS的技术，如III-V族半导体材料和Tunnel FET。但是英特尔在积极的准备超越CMOS时代的到来，我们认为从技术角度来说，这是非常具有挑战性的。”

III-V族半导体材料能够实现更好的传导特性，原来可能工作电压需要0.7，但是现在传导性更好，只需要0.6伏的工作电压，这能够实现功耗的降低。Tunnel FET更厉害，它的工作电压阀值可以做到更低，工作电压可以进一步降到0.3或0.4V，而且可以实现更低的静态电流和漏电。与MOSFET相比，Tunnel FET是一个结构完全不一样的、工作原理也完全不一样的器件。

当然，半导体制造行业的发展，绝对不是一家公司之力就可以独立推动的。英特尔未来与三星、TSMC、Global Foundry等代工厂的关系，依然还是一个合作加竞争的关系。

简单举两个例子：第一，在晶圆方面，未来一定会从300mm晶圆向450mm过渡，这个就不是英特尔一家能够独立推动的，未来必须是英特尔、台积电、三星、Global Foundry等一起联合起来推动才有可能实现。第二，在先进的光蚀刻工具方面，比如EUV，虽然英特尔已经做了20多年，但这也不是英特尔一家的资金能够做到的。因此，只有合作的态度而不是完全竞争的态度才能够推动整个IC行业的发展。