Intel独步天下的资本！14nm工艺深度解析

本大少

Intel曾经自己高调宣扬过，整个世界也都承认，无与伦比的先进制造工艺是这家芯片巨头永远令人眼红的优势。14nm工艺虽然从年初拖到了年底，但到时候仍然是这个地球上最先进的。其他半导体企业纷纷减缓脚步或者合纵连横的同时，Intel仍在坚持独行，仍在引领世界。
随着Broadwell-Y Core M系列初步揭开面纱，Intel也公布了14nm工艺的大量相关资料，介绍了它的发展情况和技术优势。

简单地说：
1、Intel 14nm工艺已经通过各项验证，并在美国俄勒冈、亚利桑那工厂投入了量产，明年还会加入爱尔兰工厂。
2、它使用了第二代Tri-Gate(FinFET)立体晶体管技术，拥有业界领先的晶体管性能、功耗、密度和成本。
3、Broadwell家族将首先采用14nm工艺制造，其后陆续扩展到Intel各条处理器产品线。
4、Intel 14nm不但自己用，还会为很多客户代工大量产品，从高性能到低功耗均可(已拿下Altera、松下)。

事实上，14nm也是迄今为止Intel面临的最艰难的挑战，Intel对此也是很坦诚，并没有遮遮掩掩。根据官方数据，14nm工艺良品率初期低得要命，直到今年第二季度末才达到量产标准，预计2015年第一季度才能追上22nm的水平，后者迄今仍是Intel良品率最高的工艺。
也只有到了2015年上半年，14nm的良品率、产能两个关键指标才能都满足多条产品线的需求。这也正是Broadwell为什么首发只有一个超低压版的Core M系列，更多产品明年才会发布的根本原因。
下边继续跟随Intel的幻灯片，一起看看14nm工艺的神气，尤其是和现有的22nm好好对比对比。

22nm上率先引入了Tri-Gate三栅极立体晶体管技术，堪称半导体历史上的一次革命。虽然带来了晶体管密度等方面的一些问题，导致核心面积过小、发热密度升高，但仍然是大势所趋，其他厂商纷纷引入，不过在名字上都叫做FinFET，异曲同工。

晶体管鳍片是最能反应该技术进步的地方。鳍片高度从34nm增至42nm(进步比例24％)，更高更薄可以改善驱动电流、性能；间距从60nm缩小到42nm(进步比例30％)，可以提高集成密度；整体所需鳍片数量减少，可以改进集成密度、降低电容。

另外，晶体管栅极间距、互联间距也分别缩小到了70nm、52nm，进步比例为22％、35％。

鳍片外围覆盖着的(黄色)就是金属栅极。

层连最小间距也从80nm来到了52nm(进步比例35％)。

SRAM存储单元的面积，上代是0.108平方微米，现在仅为0.0588平方微米，进步比例达46％，几乎缩小了一半。

晶体管开关速度(关乎性能)也在继续稳步提升，漏电率则在继续稳步下降，而且能适用于从服务器到桌面到笔记本再到移动计算各类设备。

至少按照Intel宣称的，每代工艺都在几乎线性地稳定提高性能、降低功耗，而最大的受益点是能效(能耗比)，每一代都能提高大约60％，而且无论服务器、桌面、笔记本都是如此。

14nm更牛逼，能耗比是22nm的两倍甚至更多，超越了以往，而这正是之前所说各项指标进步的结果。Intel声称，14nm的各项数据都超出了预期正常水平。

下边开始对比其他厂商了，主要指标是逻辑面积，也就是栅极间距、金属间距的乘积。Intel宣称，该面积每一代都能缩小到上一代的大约53％。

历史上，其他厂商在这一点上做得比Intel更好一些，但是量产速度一直落后与Intel。

而到了16/14nm环节上，其他厂商忙于开发FinFET，没有功夫继续缩小逻辑面积，Intel趁机凭借第二代实现反超，而且投产时间继续领先。

Intel工艺晶体管密度、单位面积成本、单位晶体管成本的历史进步趋势，14nm在晶体管密度上尤为突出，超越了以往的固定节奏。

最后看看实际成果：Broadwell-Y处理器的内核面积、基板面积都比Haswell U-Y系列小得多，尤其是基板封装面积小了足足64％。可惜，同时整合的芯片组没有更新工艺，显得更庞大了。
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永樂壹條鞭

教授阿闍黎

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