
2022年12月5日(太平洋標準時間),IEDM2022正式開幕。英特爾共奉獻了8篇一作,還有和佐治亞理工、加州大學圣塔芭芭拉分校(UCSB)有2篇合作論文。這些論文展示了英特爾在三個關鍵領域的創新進展,以實現摩爾定律的延續:新的3D混合鍵合(hybrid bonding)封裝技術,無縫集成芯粒;超薄2D材料,可在單個芯片上集成更多晶體管;能效和存儲的新可能,以實現更高性能的計算。
英特爾執行副總裁兼技術開發總經理Ann Kelleher博士作為特邀嘉賓發表開場演講《慶祝晶體管創新75年,展望摩爾定律創新的演變Celebrating 75 Years of the Transistor A Look at the Evolution of Moore's Law Innovation》。Ann Kelleher博士,75年來,晶體管和集成電路(IC)創新一直是電子設備規模化的基本引擎。他從摩爾定律對滿足計算需求至關重要,隨著功能集成需求的增加,各種協同優化機會變得普遍。設計技術協同優化(DTCO)已得到利用。系統技術協同優化(STCO)是摩爾定律的下一個主要發展,以進一步推進功能集成。
從Ann Kelleher博士的報告中可以看到,摩爾定律的演變分為兩個時代:
首先是晶體管縮放時代:這是經典的“Denard scaling”時代,晶體管的幾何收縮提高了功率、性能和面積。1974年,Robert Dennard等人撰寫了一篇開創性的論文,描述了晶體管縮放規則,該規則能夠同時提高性能、降低功率和持續的密度。Denard scaling被半導體行業采納,成為未來30年推動摩爾定律的有效路線圖,為我們提供了一條可預測的持續晶體管技術改進之路。該時代的重大突破包括沉浸式光刻(immersion lithography)、超薄柵極氧化物、硅晶圓尺寸的變大。
第二個時代是后晶體管縮放時代,該時代有三個創新路徑:
一是隨著晶體管某些元件的縮放開始達到極限,引入了新的材料和器件結構來繼續縮放,包括應變硅(Strain-Si)和HKMG等創新,以及向FinFET的過渡。
二是設計技術協同優化(Design Technology Co-Optimizatio,DTCO)。Ann Kelleher博士在演講中表示,過去的幾年,DTCO帶來了一些創新,并解決了互連路由的瓶頸問題,隨著密度的增加,更細的互連堆疊設計、EDA布局布線的共同優化繼續在每個技術節點上顯著提高性能。DTCO是當今維持技術發展的重要部分。
三是系統技術協同優化(System Technology Co-Optimization,STCO),僅優化設備已遠遠不夠,我們需要優化整個系統!
Ann Kelleher博士舉了一個STCO的例子,其中小芯片、IP設計和驗證是帶有工藝技術的DTCO,并與封裝、小芯片設計和驗證以及軟件和硬件架構和驗證相結合,以產生一個優化的系統。
設備包括工藝技術、晶體管和互連以及基礎IP。DTCO增加了核心和加速器IP和小芯片。STCO進一步增加了高級封裝、系統架構、軟件和應用程序以及工作量。
同時,Ann Kelleher博士認為創新機會很多:
人:被強調為最重要的,人是創新的驅動力。
縮放Scaling:帶狀FET,然后是CFET。
互連Scaling:RC延遲、電遷移、光子學。
材料Materials:金屬、偶極子、光刻膠、電介質。
圖案化EUV,然后是高NA,然后是EUV的多重圖案化,最后是高NA。
內存Memory:存內計算、光學、鐵電存儲,過程中的功耗。
power loss during transfer:芯粒(chiplets/tiles),可靠性
封測:2.5D、3D,EMiB+Foveros=Ponte Vecchio(來自5個工藝節點的47塊芯粒),光學。
可靠性:必須評估可靠性、3D封裝(電力和熱力)的任何變化。
軟件–對于交付產品非常重要,在進行STCO時需要考慮軟件。
制造:在考慮材料時,考慮到可持續性。
據悉,在封裝方面,英特爾將于2023年下半年推出Foveros Direct,與目前的Foveros工藝相比,其密度提高了10倍,同時具有更高的帶寬、更低的延遲、更低的功耗和更小的管芯面積。英特爾也在研究可插拔的光互連。
英特爾的長期研究正在致力于:
實現了芯粒的無縫集成,密度和放置靈活性提高了10倍。
超薄材料通過實現2D材料進一步擴展到RibbonFET之外。
使用更節能的存儲器(如FeRAM、magento電子器件和硅上GaN)實現能效的新可能性。

總之,Ann Kelleher博士提出了將摩爾定律再延續十年或更長時間的機會和挑戰的迷人觀點。英特爾顯然重新成為領先的技術創新者。
