一文看懂英特尔的制程工艺和系统级封装技术
18A制程节点正在按既定计划推进,首个外部客户的流片工作将于2025年上半年完成。预计将在2025年下半年实现量产爬坡,基于该制程节点的首款产品,代号为Panther Lake,将于2025年年底推出,更多产品型号将于2026年上半年发布。【新篇章:重视工程创新、文化塑造与客户的真实需求;英特尔发布2025年第一季度财报】
l RibbonFET全环绕栅极晶体管:芯片制程工艺不断进化的进程中,随着芯片密度不断攀升,由于漏电问题导致的发热现象似乎成为一种“魔咒”,成为前进道路上的主要障碍之一。而RibbonFET正是应对这一挑战的有效解决方案。
通过英特尔十多年来最重要的晶体管技术创新之一,英特尔实现了全环绕栅极(GAA)架构,以垂直堆叠的带状沟道,提高晶体管的密度和能效,实现电流的精准控制,在实现晶体管进一步微缩的同时减少漏电问题发生。
此外,RibbonFET提高了每瓦性能、最小电压(Vmin)操作和静电性能。无论在何种电压下,都能提供更强的驱动电流,让晶体管开关的速度更快,以此来实现了晶体管性能的逐步提升。RibbonFET 还通过不同的带状宽度和多种阈值电压(Vt)类型提供了高度的可调谐性,为芯片设计带来了更高的灵活性。
l PowerVia背面供电:随着慢慢的变多的使用场景都需要尺寸更小、密度更高、性能更强的晶体管来满足一直增长的算力需求,而混合信号线和电源一直以来都在“抢占”晶圆内的同一块空间,因此导致拥堵,并给晶体管进一步微缩增加了难度。
PowerVia背面供电技术应运而生,通过将粗间距金属层和凸块移至芯片背面,并在每个标准单元中嵌入纳米级硅通孔 (nano-TSV),以提高供电效率。这项技术实现了ISO功耗效能最高提高4%,大幅度减少了固有电阻(IR)下降的枪口,并提升标准单元利用率5%至10%。
l 英特尔还计划一路推出节点的演进版本,实现用户的不一样的需求。其中,P版本实现了至少5%的性能提升(Intel 18A-P);E版本进行了功能拓展,如射频和电压调整等(Intel 16-E、Intel 3-E、Intel 14A-E);T版本通过采用硅通孔,针对3D堆叠进行了优化(Intel 3-T、Intel 3-PT)。
半导体先进封装技术能够在单个设备内集成不同功能、制程、尺寸、厂商的芯粒(chiplet),以灵活性强、能效比高、成本经济的方式打造系统级芯片(SoC)。因此,慢慢的变多的AI芯片厂商青睐这项技术。【英特尔先进封装:助力AI芯片高效集成的技术力量】
l FCBGA 2D是传统的有机FCBGA(倒装芯片球栅格阵列)封装,适用于成本敏感、I/O数量较少的产品。
值得注意的是,这些技术并非互斥,而是在一个封装中可以同时采用,为复杂芯片的设计提供了极大的灵活性。在商业层面,这体现了英特尔对封装细分市场的重视。
针对AI芯片的先进封装需求,与业界其它晶圆级2.5D技术,例如硅中介层、重布线层(RDL)相比,EMIB 2.5D技术具有诸多优势:【英特尔先进封装:助力AI芯片高效集成的技术力量】
l 良率提升:EMIB技术省略了晶圆级封装(wafer level assembly)这一步骤,减少了模具、凸点等复杂工艺带来的良率损失风险,来提升了整体生产的全部过程的良率。
l 生产效率:与晶圆级技术相比,EMIB技术的制造步骤更少、复杂度更低,因此生产周期更短,能够为客户节省宝贵的时间。在市场动态快速变化的情况下,这种时间优势可以帮助客户更快地获得产品验证数据,加速产品上市。
l 尺寸优化:晶圆级技术需要在基板上方添加中介层,而EMIB则将硅桥嵌入基板,极大地提高了基板面积的利用率。同时,基板的尺寸与集成电路面板的格式相匹配,采用EMIB能够在单个封装中集成更多芯片,从而容纳更多的工作负载。
l 供应链与产能:英特尔拥有成熟的供应链和充足的产能,确保了EMIB能够很好的满足客户对先进封装解决方案的需求。
l 英特尔正在研发120×120毫米的超大封装。【英特尔先进封装:助力AI芯片高效集成的技术力量】
l 英特尔计划在未来几年内向市场推出玻璃基板(glass substrate)。玻璃基板可耐受更高的温度,将变形(pattern distortion)减少50%,并具有极低的平面度,可改善光刻的聚焦深度(depth of focus),还达到了实现极紧密的层间互连叠加所需的尺寸稳定性。由于这些独特的性能,玻璃基板上的互连密度有望提升10倍。此外,玻璃机械性能的改进实现了非常高的超大尺寸封装良率。
此外,玻璃基板对更高温度的耐受性,也让芯片架构师能够更灵活地设置电源传输和信号路由设计规则,因为它在更高温度下的工作流程中,提供了无缝集成光互连器件和将电感器和电容器嵌入玻璃的能力。因此,采用玻璃基板可以达成更好的功率传输解决方案,同时以更低的功耗实现所需的高速信号传输,有助于让整个行业更接近2030年在单个封装内集成1万亿个晶体管的目标。【满足更高算力需求,英特尔率先推出用于下一代先进封装的玻璃基板】