機器之心編輯部
1 Å = 10^–10 米 = 0.1 奈米。
今年 2 月，英特爾新 CEO 帕特 · 基辛格（Pat Gelsinger）正式上任，這位曾在英特爾工作過 30 年之久的元老概述了他「IDM 2.0」的願景。
在新路線圖中，除了採用外界晶片代工之外，製程技術的發展是一個重要方面，這一切都在 7 月 27 日的 Intel Accelerated 大會上揭開了謎底。
今天上午，英特爾執行長 Pat Gelsinger 和英特爾的高級副總裁、技術開發經理 Ann Kelleher 博士等人向我們介紹了英特爾從今年到 2025 年，直至更遠未來的詳細發展路線。
「從晶片設計、生產測試再到整合全鏈條，這是只有英特爾才能實現的能力，英特爾的問題只是需要繼續加快速度，」Pat Gelsinger 說道。
英特爾的下一個節點不是 10nm 而是 Intel 7，再往後是 Intel 4、Intel 3，進入 GAA 時代後會是 Intel 20A。
Pat Gelsinger 表示：「英特爾正在重新考慮如何發佈和品牌化其在晶片方面的創新成果。」
英特爾的最新公告發布了英特爾未來 5 年的處理器路線圖、新的晶片和封裝技術，並且做出了「annual cadence of innovation」的承諾。最終目標是讓英特爾到 2025 年重新奪回處理器領域的領導地位。
英特爾未來推出的產品將不再使用基於奈米的節點命名法，而是使用英特爾自己推出的一種全新命名方法。英特爾表示新的命名方法將更準確地描述整個晶片行業的工藝節點。這種變化將從英特爾將在今年晚些時候發佈的 12th Gen Alder Lake 開始。
英特爾第三代 10 奈米晶片將被稱為「Intel 7」，而不再像去年的 10 奈米 SuperFin 晶片一樣基於奈米命名。
這聽起來似乎是一種營銷策略，旨在讓英特爾即將推出的 10nm 晶片與 AMD 的產品相比更具競爭力。目前 AMD 的產品已經通過台積電推出了 7nm 製程晶片，蘋果也已經推出 5nm 製程的 M1 晶片。
雖然這些技術看起來是領先的，但實際上卻不完全如此。在晶片的命名中，由於 3D 封裝技術和半導體設計物理屬性的進步，節點名稱實際上並不指晶片上電晶體的大小。
從技術角度看，英特爾的 10 奈米晶片與台積電或三星等競爭對手的「7 奈米」品牌硬體大致相當，英特爾使用與之類似的生產技術，並提供可媲美的電晶體密度。在商業硬體領域也是如此，例如英特爾的 10nm 晶片可與 AMD 的 7nm 銳龍晶片競爭市場。
因此，英特爾此次「品牌重塑」是對於該公司技術節點介紹方式的一次重要改變。
英特爾新的架構路線圖。
在業內，原來人們使用柵極的大小來體現製程技術。而在當前階段，晶片能力的發展已經很大程度上取決於其他技術了。
「數字的遞減將繼續表示技術的演進，但是人們需要明白未來的製程演進與數字已經沒有直接關係了。」英特爾中國研究院院長宋繼強表示。
英特爾的架構路線和新技術
下面我們來看看英特爾的新路線圖，以及實際意義。
Intel 7 是英特爾第三代 10 nm 技術的新名稱，也是英特爾 10 奈米 SuperFin（又名英特爾的第二代 10 nm 製程晶片，其中最引人注目的是第 11 代 Tiger Lake）的繼任者。英特爾表示，與上一代相比，新的 Intel 7 硬體將在每瓦性能方面提供大約 10% 到 15% 的性能提升，或者說，如果硬體製造商希望保持性能不變，則 Intel 7 將會提高電源效率和電池壽命。
首款基於 Intel 7 的產品最早將於今年推出，預計將於 2021 年底發佈用於消費級產品的 Alder Lake 晶片，以及將於 2022 年發佈用於資料中心的 Sapphire Rapids 晶片。
Intel 4 是原 Intel 7nm 製程的正式架構，去年夏天由於製造問題英特爾被迫推遲到 2023 年。最初計劃是在 2021 年推出，這是英特爾的下一個重大技術飛躍，使用的是極紫外 (EUV) 技術。作為對比，三星和台積電的 5 奈米節點產品已經使用了這一技術。它仍將使用英特爾自 2011 年以來一直使用的寬 FinFET 電晶體架構。
由於技術的改進，預計 Intel 4 電晶體密度將達到每平方毫米約 2-2.5 億個電晶體，而台積電當前的 5 奈米節點上的電晶體密度約為每平方毫米 1.713 億個。
英特爾表示，Intel 4 將使每瓦性能提高約 20%，同時減少整體面積，預計將於 2022 年下半年投產，並計劃在 2023 年推出第一批 Intel 4 產品（Meteor Lake 用於消費級產品，Granite Rapids 用於資料中心）。
Intel 3 定於 2023 年下半年生產，是英特爾先前命名方案下的第二代 7 奈米產品的新名稱。與 Intel 4 一樣，它仍然是 FinFET 產品，儘管英特爾表示它將提供額外的最佳化和使用 EUV ，與 Intel 4 相比，每瓦性能大約提高 18%。Intel 3 晶片的發佈日期或產品名稱尚未公佈，但據推測，它們要到 2024 年才能上市。
隨後晶片製程將進入全新時代：Intel 20A，也即以前的 5nm 製程，將於 2024 年推出。A 代表 Ångström（簡稱埃，符號 Å，1 Å = 10^–10m= 0.1nm）。這是英特爾從 FinFETs 轉向 Gate-All-Around （GAA）電晶體 RibbonFET 的重要標誌。
英特爾還推出了新的 PowerVia 技術，可以在晶圓背面傳輸電路大幅提升電晶體密度，英特爾將是業內首個應用這一技術的公司。
此外，英特爾架構路線圖中沒有列出的是英特爾 18A，預計將於 2025 年推出。英特爾 18A 將使用其率先獲得的 ASML 公司最新 EUV 曝光機 High-NA EUV 機器，它能夠進行更加準確的光刻。
據 AnandTech 網站從英特爾處確認的訊息，英特爾將向代工廠客戶提供英特爾 3 和英特爾 20A。
完整時間線如下圖所示：
圖源：AnandTech
根據目前獲得的訊息，英特爾製程節點新老命名之間更直觀的對比如下：
圖源：AnandTech
除了全新的架構路線圖之外，英特爾宣佈對 Foveros 晶片堆疊封裝技術進行了兩項重大更新，並且第二代技術將於 2023 年的英特爾 4 Meteor Lake 處理器中首次亮相。
Foveros 晶片堆疊可以將數種硬體元素集成到單個晶片中，例如英特爾 Lakefield 晶片將 5 個 CPU 核心、1 個集成 GPU 和 DRAM 堆疊在了一個緊湊的堆疊中。與傳統設計相比，這樣做可以節省內部空間，並將多種不同製程，甚至不同品牌的小晶片集成為同一塊大晶片，實現前所未有的性能。下圖為具體的更新：Foveros Omni 和 Foveros Direct。
Foveros Omni 將更容易地混合和匹配 tile，而不用管它們的尺寸如何，這樣可以使得堆疊中的 base tile 面積小於 top tile，從而允許堆疊晶片的更多樣性。Foveros Direct 將實現元件之間直接的銅對銅（copper-to-copper）鍵合，從而降低電阻並減少凸點間距至 10 微米以下，讓 3D 電晶體堆疊的互聯密度提升一個數量級，讓多晶片封裝和單晶片之間的界限逐漸模糊。
這兩種全新的 Foveros 技術計劃於 2023-24 年投入生產。
多個小晶片整合面臨良品率的挑戰，英特爾表示其擁有強大的晶片測試能力，可以提高良率，減小廢片的可能性。
英特爾代工大客戶：AWS 和高通
目前，英特爾 10nm 晶片的出貨量已經超過了自己的 14nm 晶片。英特爾新的架構命名或許有助於該公司更準確地定位當前和未來產品，以應對競爭，但仍然沒有改變英特爾晶片製造技術的現狀。
即使承認英特爾 7 與其他代工廠的 7nm 產品相當，台積電、三星等代工廠的 7nm 晶片和 5nm 硬體也已經出貨。這意味著依賴這些外部代工廠的公司——比如蘋果、AMD、英偉達、高通，以及幾乎所有其他主要科技公司——仍然可以獲得比英特爾最好的產品更先進的晶片。
例如，蘋果最高級的 M1 Mac 已經使用了台積電的 5nm 晶片——並且輕鬆超過英特爾的同類產品。有傳言稱，AMD 最早也將在 2022 年開發 5nm Zen 4 處理器，這可能會為英特爾提供類似的競爭，以應對其已經逐漸蠶食的競爭對手。
即使其路線圖有雄心勃勃的年度節奏，英特爾仍在落後。在今天宣佈的路線圖中，其預計要在 2024 年前後英特爾 20A 製程推出後趕上業內領先水平。而且它預計要到 2025 年將憑藉英特爾 18A 重新奪回半導體業務的領導地位。
有關英特爾收購 GlobalFoundries 的訊息，英特爾不予評論。此外 Pat Gelsinger 表示，今天宣佈的這些技術都是在美國研發和製造的。
英特爾的 IDM 2.0 計劃也包括開放英特爾自身的晶元工廠給外界，在活動中，英特爾也宣佈了旗下代工服務的最新進展——英特爾開放的第一個新客戶將是 AWS，其將獲得英特爾封裝解決方案。而在 intel 20A 製程節點上，英特爾代工的重要客戶將是高通，2024-25 年的驍龍手機晶片或許將使用英特爾的代工。
最後，英特爾表示在 10 月 27 日的 Intel Innovation 上還會有更多重要訊息放出。
參考連結：
https://www.theverge.com/2021/7/26/22594074/intel-acclerated-new-architecture-roadmap-naming-7nm-2025
https://www.anandtech.com/show/16823/intel-accelerated-offensive-process-roadmap-updates-to-10nm-7nm-4nm-3nm-20a-18a-packaging-foundry-emib-foveros
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