科技以“改名為本”？別讓半導(dǎo)體工藝名稱收了“智商稅”

2021年7月29日，在本周的Inel Accelerated大會(huì)上，英特爾CEO帕特·基辛格和他的團(tuán)隊(duì)分享了最新的工藝路線圖，并且介紹了相關(guān)工藝的研發(fā)情況。在英特爾制程技術(shù)路線圖，工藝名稱發(fā)生了較大改變。

英特爾將之前的10納米Enhanced SuperFin更名為現(xiàn)在的Intel 7。之前的Intel 7納米更名為現(xiàn)在的Intel 4。在路線圖上之后規(guī)劃的工藝名稱也變成了Intel 3和Intel 20A。

別再被工藝名稱中的幾納米誤導(dǎo)了

長(zhǎng)期以來(lái)，很多數(shù)碼圈的朋友甚至是一些學(xué)習(xí)過(guò)集成電路知識(shí)的專業(yè)人士都存在著這樣的誤會(huì)，就是把工藝名稱中的幾納米真的當(dāng)成晶體管上某種實(shí)際的“物理尺寸”。這種理解在許多年以前是沒(méi)問(wèn)題的，但對(duì)于近些年新研發(fā)的一些“先進(jìn)工藝”是不適用的。

工藝名稱中的幾納米到底是什么？

在遙遠(yuǎn)的過(guò)去與一些“物理尺寸”相關(guān)，而對(duì)于現(xiàn)在，啥也不是。

遙遠(yuǎn)的過(guò)去是什么時(shí)候？

上個(gè)世紀(jì)，大約1997年。

英特爾在發(fā)布路線圖時(shí)表示“業(yè)界早就意識(shí)到，從1997年開(kāi)始，基于納米的傳統(tǒng)制程節(jié)點(diǎn)命名方法，不再與晶體管實(shí)際的柵極長(zhǎng)度相對(duì)應(yīng)。”

臺(tái)積電此前也回應(yīng)過(guò)類似的問(wèn)題，臺(tái)積電營(yíng)銷負(fù)責(zé)人Godfrey Cheng做客AMD webinar活動(dòng)時(shí)回應(yīng)，從0.35微米（350nm）開(kāi)始，所謂的工藝數(shù)字就不再真正代表物理尺度了。他解釋，7nm/N7是一種行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化術(shù)語(yǔ)而已，之后還有N5等等。

如何理解工藝名稱中的幾納米？

簡(jiǎn)單點(diǎn)說(shuō)當(dāng)成個(gè)代號(hào)就就好。

我們拿手機(jī)廠商的命名舉個(gè)例子，很多手機(jī)廠商多以數(shù)字來(lái)命名手機(jī)型號(hào)。比如：小米10、華為暢享10、iPhone x（勉強(qiáng)也算以10命名）。但是這時(shí)候如果有人說(shuō)：“這幾款手機(jī)都是以10命名的10代手機(jī)，所以它們應(yīng)該是差不多的。”

手機(jī)廠商不同，只是因?yàn)槊嘟偷贸鲞@樣的結(jié)論，這顯然是沒(méi)有邏輯關(guān)系的。

對(duì)于半導(dǎo)體工藝來(lái)說(shuō)也是這樣的，不同廠商之間的同命名產(chǎn)品，差距其實(shí)挺大的。具體舉例來(lái)說(shuō)，如果按“命名法”理解，臺(tái)積電的7nm應(yīng)該是比英特爾的10nm晶體管密度高。但事實(shí)并非如此，英特爾10nm工藝的晶體管密度是比臺(tái)積電的N7（7nm）要高。

如果把工藝名稱理解成某種“物理尺寸”比如關(guān)鍵尺寸(Critical Dimension，簡(jiǎn)稱CD)，那么就很容易造成以上這種誤解了。專業(yè)人士有這種誤解的原因也很簡(jiǎn)單，就像“關(guān)鍵尺寸”當(dāng)年是寫(xiě)入專業(yè)課課本甚至作為考題出現(xiàn)的。這些知識(shí)并沒(méi)有錯(cuò)，只是時(shí)代變了，不適用于近些年的工藝了。

從另一方面說(shuō)，這種情況也是無(wú)奈。當(dāng)普通人問(wèn)：“幾納米工藝的幾納米是指什么？”這時(shí)要怎么回答呢？

在不同歷史時(shí)期幾納米是指什么；

對(duì)于不同的廠商，他們工藝之間的不同是什么；

對(duì)于同一個(gè)廠商，同一個(gè)工藝節(jié)點(diǎn)的不同型號(hào)工藝（比如臺(tái)積電N7/ N7P/ N7+）差別又是什么。

所以想要準(zhǔn)確的回答這種問(wèn)題，其實(shí)挺難的。

圖片僅作為示例，文檔中有各種尺寸的設(shè)計(jì)規(guī)則

不過(guò)對(duì)于從業(yè)者，這個(gè)倒好解決了，晶圓代工廠對(duì)于每種工藝都會(huì)提供一個(gè)描述文件，這個(gè)文件一般挺厚的，會(huì)很清楚的描述一種工藝哪里到哪里的尺寸是多少。

改名之爭(zhēng)的開(kāi)端

對(duì)于了解半導(dǎo)體行業(yè)的朋友來(lái)說(shuō)，摩爾定律應(yīng)該是比較熟悉了。摩爾定律是英特爾創(chuàng)始人之一戈登·摩爾的經(jīng)驗(yàn)之談，他發(fā)現(xiàn)每隔18-24個(gè)月，芯片上晶體管數(shù)目就增加一倍。

為了使晶體管密度翻倍，每個(gè)晶體管尺寸需要縮小為原來(lái)的0.7倍，因此工藝節(jié)點(diǎn)也是以前一代工節(jié)點(diǎn)的0.7倍命名。例如350nm（0.35微米）下一代工藝就是250nm（0.25微米）。

*關(guān)于為什么是0.7倍

舉例來(lái)說(shuō)芯片面積假設(shè)為100，里面每個(gè)晶體管假設(shè)為正方形，邊長(zhǎng)為a，對(duì)角線長(zhǎng)度為b。

當(dāng)晶體管數(shù)量由100翻倍到200后，邊長(zhǎng)a和對(duì)角線長(zhǎng)度b的尺寸都變?yōu)榱嗽瓉?lái)的大約0.7倍。

因此0.7倍這樣的命名方式成為了業(yè)界的一種習(xí)慣，但是并不是每一次都能順利縮小晶體管尺寸。

從數(shù)據(jù)中我們可以看出，在0.35微米（350nm）之后，工藝代號(hào)與half-pitch（半節(jié)距）和Gate length（柵極長(zhǎng)度）就已經(jīng)不再相符了。

起名方式的分歧

工藝代號(hào)與“物理尺寸”之間的數(shù)據(jù)偏移其實(shí)并不麻煩，真正麻煩的是各家的標(biāo)準(zhǔn)不一樣。這時(shí)候主要分為了兩派，一派以英特爾為代表，另一派是以臺(tái)積電、三星這些企業(yè)為代表。

英特爾這邊直到最近幾年都在堅(jiān)持每一代工藝晶體管密度翻倍，而臺(tái)積電、三星這邊則是工藝有提升就使用新一代工藝名稱發(fā)布。這就造成了一個(gè)結(jié)果，同樣是10nm工藝，英特爾的10nm工藝晶體管密度可能是三星10nm工藝的兩倍。

為什么現(xiàn)在改名？

這之前這幾年，臺(tái)積電嚴(yán)格來(lái)說(shuō)不算是英特爾的同行。在很多晶圓代工廠排名榜上我們可以發(fā)現(xiàn)，臺(tái)積電常年位居首位，而三星緊跟其后。但排行榜上卻沒(méi)有英特爾的影子。這不是因?yàn)橛⑻貭枌?shí)力不行，而是因?yàn)檫@幾年英特爾基本不從事晶圓代工。大約在2018年，英特爾關(guān)閉了晶圓代工業(yè)務(wù)，從此開(kāi)始過(guò)上了自產(chǎn)自銷的生活。

2021年三月，帕特·基辛格就任CEO后宣布了“IDM 2.0”戰(zhàn)略，在這個(gè)戰(zhàn)略中，英特爾重新開(kāi)放了晶圓代工業(yè)務(wù)。而此時(shí)晶圓代工行業(yè)的客戶早已習(xí)慣了“臺(tái)積電式”的工藝命名。因此這次英特爾工藝大改名可以看做是向晶圓代工行業(yè)的一種妥協(xié)，命名方式也貼近臺(tái)積電的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行。

在此次改名中將原有的“10納米Enhanced SuperFin”改名為了“Intel 7”工藝，這個(gè)名字是不帶“nm（納米）”的，這種命名方式也可以看做是英特爾在命名上最后的倔強(qiáng)了。

結(jié)語(yǔ)

在文章的最后，我有一些想法和補(bǔ)充的信息，在此分享給大家。

1.工藝名稱早已代號(hào)化了，現(xiàn)在還在用這種命名方式只是一種習(xí)慣。對(duì)于例如美光這樣的存儲(chǔ)芯片大廠，有著1X、1Y、1Z以及最近的1α這樣的工藝名稱。中芯國(guó)際也有N+1和N+2工藝。

2.科技以改名為本，工藝名稱數(shù)字小，營(yíng)銷效果好。如今濃眉大眼的英特爾也把工藝命名改得像臺(tái)積電了。不得不說(shuō)，工藝名稱數(shù)字小，真香！

3.不同晶圓廠的工藝都存在差異，即使是同一廠家的同一個(gè)工藝節(jié)點(diǎn)，也有可能存在差異。對(duì)于拿不到設(shè)計(jì)規(guī)則文件的非從業(yè)者來(lái)說(shuō)難以精確比較。

4.如果只是粗略比較，可以對(duì)比兩個(gè)工藝的晶體管密度，晶體管密度越高越好。

5.對(duì)于讀到這里的朋友，留一個(gè)思考題給大家。

對(duì)于一些專家所說(shuō)的14nm夠用了，這里的14nm指的是中芯國(guó)際的14nm還是英特爾的14nm？

如果指的是中芯國(guó)際的14nm，那還好?？扇绻傅氖怯⑻貭柕?4nm，那么對(duì)于晶體管密度打了大概67折之后的中芯國(guó)際14nm是否還夠用呢？

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