英特爾目標(biāo)將封裝中的密度提升10倍以上 并布局非硅基半導(dǎo)體

  ICC訊 12月14日消息，在不懈推進(jìn)摩爾定律的過(guò)程中，英特爾公布了在封裝、晶體管和量子物理學(xué)方面的關(guān)鍵技術(shù)突破，這些突破對(duì)推進(jìn)和加速計(jì)算進(jìn)入下一個(gè)十年至關(guān)重要。在2021 IEEE 國(guó)際電子器件會(huì)議(IEDM)上，英特爾概述了其未來(lái)技術(shù)發(fā)展方向，即通過(guò)混合鍵合(hybrid bonding)將在封裝中的互連密度提升 10 倍以上，晶體管微縮面積提升 30% 至 50%，在全新的功率器件和內(nèi)存技術(shù)上取得重大突破，基于物理學(xué)新概念所衍生的新技術(shù)，在未來(lái)可能會(huì)重新定義計(jì)算。

  英特爾高級(jí)院士兼組件研究部門總經(jīng)理 Robert Chau 表示：“在英特爾，為持續(xù)推進(jìn)摩爾定律而進(jìn)行的研究和創(chuàng)新從未止步。英特爾的組件研究團(tuán)隊(duì)在 IEDM 2021 上分享了關(guān)鍵的研究突破，這些突破將帶來(lái)革命性的制程工藝和封裝技術(shù)，以滿足行業(yè)和社會(huì)對(duì)強(qiáng)大計(jì)算的無(wú)限需求。這是我們最優(yōu)秀的科學(xué)家和工程師們不懈努力的結(jié)果，他們將繼續(xù)站在技術(shù)創(chuàng)新的最前沿，不斷延續(xù)摩爾定律?！?

  摩爾定律滿足了從大型計(jì)算機(jī)到移動(dòng)電話等每一代技術(shù)的需求，并與計(jì)算創(chuàng)新同步前行。如今，隨著我們進(jìn)入一個(gè)具有無(wú)窮數(shù)據(jù)和人工智能的計(jì)算新時(shí)代，這種演變?nèi)栽诶^續(xù)。

  持續(xù)創(chuàng)新是摩爾定律的基石，英特爾的組件研究團(tuán)隊(duì)致力于在三個(gè)關(guān)鍵領(lǐng)域進(jìn)行創(chuàng)新：第一，為提供更多晶體管的核心微縮技術(shù);第二，在功率器件和內(nèi)存增益領(lǐng)域提升硅基半導(dǎo)體性能;第三，探索物理學(xué)新概念，以重新定義計(jì)算。眾多突破摩爾定律昔日壁壘并出現(xiàn)在當(dāng)前產(chǎn)品中的創(chuàng)新技術(shù)，都源自于組件研究團(tuán)隊(duì)的研究工作，包括應(yīng)變硅、高 K- 金屬柵極技術(shù)、FinFET 晶體管、RibbonFET，以及包括 EMIB 和 Foveros Direct 在內(nèi)的封裝技術(shù)創(chuàng)新。

  在 IEDM 2021 上披露的突破性進(jìn)展表明，英特爾正通過(guò)對(duì)以下三個(gè)領(lǐng)域的探索，持續(xù)推進(jìn)摩爾定律，并將其延續(xù)至 2025 年及更遠(yuǎn)的未來(lái)。

  一、為在未來(lái)的產(chǎn)品中提供更多的晶體管，英特爾正針對(duì)核心微縮技術(shù)進(jìn)行重點(diǎn)研究：

  · 英特爾的研究人員概述了混合鍵合互連中的設(shè)計(jì)、制程工藝和組裝難題的解決方案，期望能在封裝中將互連密度提升 10 倍以上。在今年 7 月的英特爾加速創(chuàng)新：制程工藝和封裝技術(shù)線上發(fā)布會(huì)中，英特爾宣布計(jì)劃推出 Foveros Direct，以實(shí)現(xiàn) 10 微米以下的凸點(diǎn)間距，使 3D 堆疊的互連密度提高一個(gè)數(shù)量級(jí)。為了使生態(tài)系統(tǒng)能從先進(jìn)封裝中獲益，英特爾還呼吁建立新的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和測(cè)試程序，讓混合鍵合芯粒(hybrid bonding chiplet)生態(tài)系統(tǒng)成為可能。

  · 展望其 GAA RibbonFET(Gate-All-Around RibbonFET)技術(shù)，英特爾正引領(lǐng)著即將到來(lái)的后 FinFET 時(shí)代，通過(guò)堆疊多個(gè)(CMOS)晶體管，實(shí)現(xiàn)高達(dá) 30% 至 50% 的邏輯微縮提升，通過(guò)在每平方毫米上容納更多晶體管，以繼續(xù)推進(jìn)摩爾定律的發(fā)展。

  · 英特爾同時(shí)也在為摩爾定律進(jìn)入埃米時(shí)代鋪平道路，其前瞻性的研究展示了英特爾是如何克服傳統(tǒng)硅通道限制，用僅有數(shù)個(gè)原子厚度的新型材料制造晶體管，從而實(shí)現(xiàn)在每個(gè)芯片上增加數(shù)百萬(wàn)晶體管數(shù)量。在接下來(lái)的十年，實(shí)現(xiàn)更強(qiáng)大的計(jì)算。

  二、英特爾為硅注入新功能：

  · 通過(guò)在 300 毫米的晶圓上首次集成氮化鎵基(GaN-based)功率器件與硅基 CMOS，實(shí)現(xiàn)了更高效的電源技術(shù)。這為 CPU 提供低損耗、高速電能傳輸創(chuàng)造了條件，同時(shí)也減少了主板組件和空間。

  · 另一項(xiàng)進(jìn)展是利用新型鐵電體材料作為下一代嵌入式 DRAM 技術(shù)的可行方案。該項(xiàng)業(yè)界領(lǐng)先技術(shù)可提供更大內(nèi)存資源和低時(shí)延讀寫能力，用于解決從游戲到人工智能等計(jì)算應(yīng)用所面臨的日益復(fù)雜的問(wèn)題。

  三、英特爾正致力于大幅提升硅基半導(dǎo)體的量子計(jì)算性能，同時(shí)也在開(kāi)發(fā)能在室溫下進(jìn)行高效、低功耗計(jì)算的新型器件。未來(lái)，基于全新物理學(xué)概念衍生出的技術(shù)將逐步取代傳統(tǒng)的 MOSFET 晶體管：

  · 在 IEDM 2021上，英特爾展示了全球首例常溫磁電自旋軌道(MESO)邏輯器件，這表明未來(lái)有可能基于納米尺度的磁體器件制造出新型晶體管。

  · 英特爾和比利時(shí)微電子研究中心(IMEC)在自旋電子材料研究方面取得進(jìn)展，使器件集成研究接近實(shí)現(xiàn)自旋電子器件的全面實(shí)用化。

  · 英特爾還展示了完整的 300 毫米量子比特制程工藝流程。該量子計(jì)算工藝不僅可持續(xù)微縮，且與 CMOS 制造兼容，這確定了未來(lái)研究的方向。