即将推出的Intel 4工艺对英特尔而言有多重要？

    近日，英特尔在其2022年第四季度及全年财报中表示，新一代工艺Intel 4的生产已准备就绪，预计将随Meteor Lake处理器的推出，在2023年下半年量产。这也意味着相当于7nm工艺制程的Intel 4将在今年首次实现大规模量产。英特尔此前在7nm芯片工艺方面“难产”许久，Intel 4若如期量产，意味着英特尔在工艺制程追赶上迈出了一小步：如今英特尔在工艺制程方面的对手三星和台积电，已经在3nm甚至2nm制程中展开了“拉锯战”。即将推出的Intel 4工艺对英特尔而言有多重要呢？种种迹象表明，具有承上启下作用的Intel 4工艺是英特尔对更先进制程的“试金石”。

   

    相比前代工艺性能大幅提升
    虽然，Intel 4的量产将比预计晚了一些，但是从多方面可以看出，英特尔在Intel 4制程方面可谓是下足了功夫，各方面性能都有了很大提升。
    英特尔公布的数据显示，Intel 4的鳍片间距降至30nm，上一代Intel 7的间距为34nm，缩小了12%。此外，接触栅之间的间距也由上一代的60nm降至50nm。最下层的最小金属间距为30nm，相比Intel 7间距减少了25%。
    此外，Intel 4的高性能库的单元高度为240nm，是Intel 7单元高度的0.59倍。Intel 7的单元面积为24.4K nm2，Intel 4为12K nm2，后者是前者单元面积的0.49倍。
    因此，英特尔称Intel 4的密度比Intel 7增加了两倍，晶体管的尺寸减少了一半，这意味着英特尔仍按照传统的、全节点晶体管密度的摩尔定律发展流程推进。
    Intel 4工艺和Intel 7工艺的参数比较

    

    来源：英特尔
    Intel 4也是首个基于EUV极紫外光技术的FinFET工艺，每瓦性能可提升20%。在使用EUV后大大减少了制造芯片所需的步骤和掩膜数量。据此前披露数据，使用EUV光刻后的Intel 4所需要的掩膜数量比Intel 7 减少了20%。且Intel 4还可实现工艺层面21.5%的性能提升以及相同性能下多达40%的功耗减少。
    与竞争对手缩小差距
    Intel 4的出现，使得英特尔在先进制程领域与台积电、三星这两大竞争对手缩小了差距。虽然，如今台积电、三星均量产了3nm芯片，且三星已经量产了第二代3nm芯片，但相比较而言，Intel 4依然有其亮点。
    公开数据显示，在7nm节点上，三星的晶体管密度是0.95亿个/mm?，台积电是0.97亿个/mm?，而英特尔的Intel 4预计将达到1.8亿个/mm?。可见，虽然英特尔在7nm制程上有所“掉队”，但性能并没有“掉队”。同一制程下，英特尔的晶体管密度比台积电和三星高出了80%以上。此外，到了3nm节点，台积电的晶体管密度大约是2.9亿个/mm?，三星只有1.7亿个/mm?，相比较而言，英特尔7nm的晶体管密度略高于三星的3nm节点。
    虽然以上数据不能100%反映各家的工艺技术水平，还需要考虑到鳍片间距、栅极间距、最小金属间距、逻辑单元高度、功耗、成本等方面的问题。但就摩尔定律关注的晶体管密度指标来看，在同一制程工艺节点上，英特尔的优势巨大，甚至相比台积电、三星更新一代的制程工艺也同样具有一定的领先优势。
    Intel 3还会远么？
    业界普遍认为， Intel 4的出现很大程度是在为Intel 3的量产做准备。不难看出，英特尔在Intel 4上对一些新技术进行了大胆尝试，包括使用EUV光刻——这也是为EUV光刻在Intel 3中使用做了重要的开创性工作。公开资料显示，虽然英特尔在Intel 4中尝试采用了EUV光刻，但并不会为Intel 4打造高密度库，只是将其视为一个纯高性能节点。未来将在Intel 3中打造高密度库，并寄希望于Intel 3成为更“长寿”的EUV节点。此外，Intel 3 在设计上与Intel 4可以完全兼容，且无论是英特尔设计团队还是晶圆代工服务团队，均更专注于Intel 3的开发，甚至鼓励客户提前采用Intel 3制程技术来对芯片进行设计。
    为何英特尔会如此寄希望于Intel 3？Intel 3或许是英特尔打入前列市场阵营的关键制程节点。
    英特尔在此次财报中表示，Intel 4和Intel 3是英特尔部署EUV的第一个关键节点，意味着在晶体管的每瓦性能和密度层面迈出了重要的一步。首个采用RibbonFET（GAA工艺）和PowerVia技术的Intel 20A与Intel 18A制程工艺已完成内部测试。将继续按计划在2025年取得晶体管性能和功率性能的领先地位。
    可以看出，Intel 3是英特尔最后一代使用FinFET晶体管技术的工艺。由于更换新的工艺架构需要很长一段时间来进行磨合，因此若完全寄希望于首次采用GAA工艺架构的Intel 20A与Intel 18A制程工艺来打开市场，并非易事。这也是为何三星初代使用GAA工艺架构的3nm芯片良率较低的原因，同时也是台积电选择拖到2nm制程才开始使用GAA工艺架构的原因。
    可见，采用FinFET晶体管技术的Intel 3，在前期有Intel 4来“打前战”之后，技术会更加全面、更加成熟，同时也没有更换晶体管技术带来的风险，良率也将更加稳定，更容易得到市场的青睐。
    芯谋研究企业服务部总监王笑龙表示，英特尔对市场节奏掌握得比较好，也为其争取了更多机会。“如今晶圆代工市场情况并不佳，属于波动期，在此阶段英特尔采用Intel 4来‘打前战’把新技术磨合好，更有利于未来市场情况回暖后，再利用Intel 3来打开市场。此外，虽然英特尔在制程节点上看似落后台积电和三星，但是若芯片性能与竞争对手相近，同时还具有一定的价格优势，那么英特尔仍具备一定的竞争力。”王笑龙说。