兩年後用1.8nm製程反超台積電　三星，英特爾能做到嗎？

近些年，美國半導體巨頭英特爾（Intel）在先進製程上的延誤，不僅給了台積電、三星在晶片製造上領先的機會，也使得自家CPU等產品受到拖累，導致市場份額被AMD蠶食、股價受挫。要想重現往日輝煌，這家堅持IDM模式（垂直整合製造）的老牌巨頭，首先還是要在製程上實現反超。

近日在2023英特爾中國戰略媒體溝通會上，英特爾研究院副總裁、英特爾中國研究院院長宋繼強告訴觀察者網，英特爾正通過「四年五個節點」的計劃，加速推動摩爾定律。

相信到2025年，英特爾能通過Intel 18A（1.8nm）節點，重新拿回製程、晶體管制造方面的領先地位，英特爾的願景是到2030年可以在一個封裝內集成1萬億個晶體管。

宋繼強透露，英特爾所說的「五個節點」分別是Intel 7、Intel4、Intel 3和Intel 20A、Intel 18A。在Intel 7（原10nm製程）上，英特爾使用的還是DUV（深紫外）光刻機，從Intel 4（原7nm製程）開始使用EUV（極紫外）光刻機，Intel 3將全面使用EUV光刻機。

「到Intel 20A又會有很大突破，這個突破源自於幾樣非常先進的設備。」宋繼強表示，英特爾到Intel 20A會開始採用高數值孔徑（High NA）的EUV，這種光刻機可以去刻畫更細的特徵尺寸，分辨率更高，可以減少工藝流程的複雜度，降低缺陷，製造更高性能的晶體管。

觀察者網之前報道過，早在2018年，英特爾就率先向荷蘭光刻機巨頭ASML下單第一代高數值孔徑（0.55 NA）EUV光刻機，該公司也有望成為首個0.55 NA EUV光刻機的使用者。這種光刻機每台售價約為3億美元（約人民幣19億元），比0.33 NA光刻機的售價高出一倍。

在同一場溝通會上，英特爾中國區董事長王鋭向觀察者網透露，Intel 7已經批量生產，Intel 4今年下半年就會進入市場，Intel 3的進度也非常好。接下來是Intel 20A、Intel 18A，20A是2nm，18A就是1.8nm，測試晶片現在已經流片，所以英特爾堅信到2025年能「重回領先地位」。

據宋繼強介紹，在晶體管結構層面，英特爾在Intel 20A中會應用RibbonFET，之前的Intel 7、Intel 4、Intel 3全都是FinFET鰭式晶體管，而RibbonFET是GAA全環繞柵極晶體管的一種實現。同時，在Intel 20A，英特爾還將首次在晶體管結構裏採用背部供電結構，這可以讓邏輯層和供電層分開，否則繞線會很複雜，因此背部供電能在繞線方面節約大量成本。

目前，英特爾在先進製程上最大的競爭對手無疑是台積電和三星，這兩大巨頭已在2022年相繼量產3nm。儘管外界不斷質疑台積電、三星在製程命名上玩文字遊戲，甚至三星的3nm製程晶體管密度還不如英特爾7nm製程，但王鋭等高管也坦承，英特爾在製程上確實落後了。

激烈競爭之下，台積電和三星已相繼官宣2025年將量產2nm製程，英特爾要想在2年後完成製程上的超越，就必須在2025年實現Intel 18A量產，但這談何容易？

雖然英特爾坐擁世界上最先進的光刻機，但宋繼強也坦言，到「埃米時代」（2nm之下），晶體管微縮難度會越來越大，需要尋找新的思路來繼續增加單位面積上的晶體管密度。

在英偉達（NVIDIA）CEO黃仁勳喊出「摩爾定律已死」後，英特爾CEO基辛格（Patrick Gelsinger）依然倔強地認為，「摩爾定律沒有死，它還活得好好的」。目前，英特爾單個晶片最多封裝1200-1300億個晶體管，距離2030年實現1萬億的目標還有8倍，時間還有8年，如果按照這個節奏走，仍然符合摩爾定律的發展趨勢。

（編按：摩爾定律由Intel創始人之一Gordon Moore提出，定律認為當價格不變時，集成電路上可容納的晶體管數目，約每隔18個月便會增加一倍，性能也將提高一倍）

但問題是，英特爾將通過什麼方式將摩爾定律延續下去？

雖然硬件是英特爾的傳統強項，但這家晶片巨頭近些年在軟件方面的投入也持續引發關注。在重回英特爾擔任CEO之前，基辛格曾在美國軟件公司VMware擔任CEO八年之久。目前，英特爾有1.9萬名軟件工程師，過去幾年該公司還加入了中國主導的歐拉和龍蜥等開源社區。

在本次媒體溝通會上，英特爾副總裁兼軟件生態部總經理李映宣佈，英特爾中國開源技術委員會正式成立。他提到，希望通過新成立的平台，一方面在內部整合資源，把英特爾全球的創新跟中國本土創新結合起來，另外是打造開放生態，和夥伴一起共同推動開源以及生態的發展。

李映向觀察者網坦言，前幾年可以說中國在開源領域只索取不付出，但放在今天，這種觀察已經有點過時。以Linux來講，可以看到中國開發者的貢獻在大幅度提高。第二，在整個開源社區的推廣、運營，以及各個方面的活動中，中國投入都是非常巨大的，中國公司或者是中國開發者主導的項目也越來越多。

會後，宋繼強和李映也接受了觀察者網專訪，解答了英特爾在硬件層面如何進一步推動摩爾定律發展，在實現萬億晶體管過程中，還有哪些技術難點有待突破？以及在軟件層面，英特爾如何與中國主導的開源社區進一步合作，怎麼看待中國在開源領域近些年的發展等？

以下是部分採訪實錄：

問：現在都在說摩爾定律的發展速度在放緩，剛剛您在會上也講了包括3D封裝、芯粒、異構集成這些技術，可以推進摩爾定律繼續向前發展。在您看來，這些技術當中，哪些是相對來說是比較關鍵的？未來在實現萬億晶體管的目標過程當中，還有哪些技術瓶頸需要突破？

宋繼強：在整個晶片或者說半導體晶體管發展過程中，大概每隔幾年就會有一個問題是說摩爾定律還能不能走下去。如果說有興趣看看半導體發展或者是晶片發展的簡史，你會發現這個問題時常被提及。

摩爾定律首先不是一個物理定律，而是業界的戈登·摩爾在60年代做的預期，結果發現走得挺好，尤其是上世紀八九十年代，通過Dennard scaling，通過CMOS晶體管微縮被印證得非常好。然後，到後面Dennard scaling失效之後就受到了困擾，怎麼辦呢？半導體業界人士都是很堅持摩爾定律的，他們都是來自不同領域的科學家，總是會想各種不同的方法去突破現在技術的壁壘。

在最近這十來年，實際上已經突破了一個個壁壘，像應變硅，像高K金屬柵極的工藝，像英特爾把FinFET做成了量產，這些都是逐漸突破原來的一些讓微縮進行不下去的漏電問題、面積問題等所產生的創新技術。在一項技術真正產生商業化效應，量產效應的十年前，學術界就把它提出了，但是這條路徑真正要把它商業化，需要大量的先導工作。

現在來講，如果說我們的願景，一萬億晶體管集成在同一個封裝當中能實現，一定是既要把晶體管微縮繼續做下去，雖然說我們知道接近物理極限會越來越難，但是還是有新的一些材料可以用，有新的一些結構可以去探索，所以在晶體管本身，還是可以進一步依靠它去達到更好的微縮的效果。

所以，我們可以期待在Intel 20A、Intel 18A之後，還會有新的節點出來，也就是說「埃米時代」還會繼續向前推進。但確實是越往前推進，越接近1納米的時候，原子級別的效應就會讓晶體管越來越難被控制。因此，必須要同時另闢蹊徑，現在異構封裝就是一個非常好的方式。

我們知道，要靠晶片完成一個具體任務的話，一種方式是堆越來越多的晶體管，這個晶體管是幹什麼的？它可能是跟通用計算相關的，也可能跟具體的工作負載加速相關。所以我們首先可以去看如何通過不同的架構去把晶體管的效率提升，不同的架構可能有的是需要非常多的同質化的晶體管，有的是需要不同的控制流、數據流，都要去分開，所以它們的密度要求也不一樣。

為什麼我們強調要異構封裝呢？因為現在很多流行的晶片對存儲的要求很大，而存儲的微縮的速度是跟不上邏輯的速度的。把存儲和邏輯分開之後，就會發現其實我們可以各用自己比較成熟的工藝去做好之後，再利用先進封裝的能力，把它們自己跟自己，或自己跟不同其他的晶片連接在一起，這樣就比較好地解決了，一定要在同一工藝上，把這些微縮都做下去的困難。所以這是一種更靈活的分解式的方案。

有了這樣一些能力之後，我們就會發現，如果要把不同的晶片連起來，互相之間的連接的協議就是一個問題。比如說之前的USB有一個通用溝通的物理介質接口，但是上面因為跑的協議不一樣，來自不同家的IP不一樣，其實在它真正流行前的很多年是有互插拔大賽的，要真正保證在物理層級電信號的完整性和速率，然後再讓USB真正承擔起存儲、相機、麥克風等很多的功能。

未來芯粒也是這樣，不可能都是來自同一家的，工藝也不一樣。雖然我們開始有了UCIe在推動公共物理層的標準，上面還有芯粒層的標準，但標準有了之後，在多家不同的工藝節點上，在物理IP做出來之後，如何去保證它們之間良好的互聯互通，這還需要更多的測試，所以這個過程也不是說一蹴而就的。

總而言之，關於推進摩爾定律在未來繼續發展，我們知道了有哪些路徑可以做，但也確實存在挑戰。

第一，需要進一步尋找合適的材料，而且要把它從實驗室級別做到量產級別；第二，要有更新的架構出現，讓我們能夠用更好的晶體管能力的分配去完成任務；第三，要充分地使用2D、3D封裝的能力，而且要真正組織大家去把物理層的IP開發好，驗證好。我覺得這是至少我們現在知道的可行之道，當然隨着時間發展，我們會看到越來越多新的思路。

問：新成立的英特爾中國開源技術委員會，為什麼強調是中國的，而不是整個英特爾全球的項目？

李映：為什麼我們專門成立英特爾中國開源技術委員會，有一個很關鍵的詞叫「全球戰略，中國執行」。所謂中國執行，首先中國開源社區的發展其實在某個角度來講是領先全球，或者是相比全球趨勢是發展更快的。大家看一些數字來講，無論是開發者，無論是在大家非常熟悉的Linux，包括Kernel方面的中國的開源的貢獻，這幾年其實是明顯在加速過程當中。

以Kernel層面來說，我看到最新的數據是說來自中國的貢獻差不多是比第二到第四的總和還要多。包括在國際的開源社區當中，來自中國的貢獻也是迅速增長之中。這是第一點，整個開源生態的發展速度來講，我們在國際上不僅是領先，而且是速度更快的。

第二，中國的開源相對國際開源會有一些自己獨特的特點。比如說大家非常熟悉的像openEuler、龍蜥社區，它其實說明了中國很多科技公司不僅把開源作為一個內部創新的源泉，更多是通過開源可以引導整個生態，引導整個社區向前發展。這種其實是跟國際稍微有一些不同的，對於英特爾中國來講，我們剛剛說是全球戰略本地執行。

對我們來講，如何能夠打造這樣一個平台，能夠滿足中國自己的特殊性來向前驅動中國和中國開源社區一起共同努力，這是我們成立英特爾中國開源技術委員會一個很重要的起因。

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