您所在的位置: 首页 > 科技 >你追我赶的英特尔和台积电
泉石资讯 你追我赶的英特尔和台积电
你追我赶的英特尔和台积电
发布时间:2019-10-30 16:29:28
[摘要] 在这三家中,真正引领摩尔定律向前演进的还是英特尔和台积电这两强,这两家公司一直是摩尔定律的支持者,台积电更是认为,半导体制程工艺可以按照摩尔定律,演进到0.1nm。台积电后来居上与英特尔类似,台积电跟

集成电路首次发明时,其特征尺寸约为10μm(10000nm),然后逐渐减小到5μm、3μm、1μm、0.8μm、0.5μm、0.35μm、0.25μm、0.18μm、0.13μm、90nm、65nm、45nm、32nm、22nm、16nm和10nm。到目前为止,TSMC已经开始生产7纳米(使用euv)芯片,明年将生产5纳米芯片。在这个过程中,制造过程经历了20多年的变化。未来几年,3纳米和2纳米芯片也将大量生产。从5μm到5nm,变化是1000次,大约需要40年。

人类毛发的横截面直径约为80μm。例如,可以使用28纳米工艺技术将20,735个这种sram单元放置在人类毛发的横截面上。随着小型化技术的发展,越来越多的sram单元可以容纳在直径为80μ m的截面上。这主要是通过光刻工艺及其技术发展来实现的。

然而,随着特征尺寸的不断缩小,它已经逐渐达到半导体制造设备和工艺技术的极限。目前,集成电路的晶体管数量、功耗和性能几乎没有像过去40年那样呈现线性发展趋势(即根据摩尔定律的演变)。此外,这一过程变得越来越困难,成本高得令人望而却步。只有TSMC、三星和英特尔是三家能够提供10纳米和更先进工艺技术的芯片制造商。

在这三家公司中,英特尔和TSMC是摩尔定律发展的两大领头羊。这两家公司一直是摩尔定律的支持者。TSMC甚至认为,根据摩尔定律,半导体制造工艺可以发展到0.1纳米。在这两家顶级公司中,TSMC位居第二,在过去五年左右的时间里,它在半导体工艺技术方面一直领先于英特尔。然而,TSMC成立于1987年,英特尔成立于1968年,摩尔定律是由英特尔创始人之一戈登·摩尔于1965年提出的。

因此,从芯片制造和摩尔定律诞生到发展,再到今天缓慢的进步,英特尔一直伴随着它们。通过公司的芯片开发过程、工艺节点的演变和晶体管数量的增加,我们可以直观、系统地了解半导体技术和摩尔定律的发展。

从第一个商用处理器到10纳米芯片

1965年4月,《电子学》杂志在第114页发表了一篇由戈登·摩尔(当时是飞兆半导体的工程师)写的文章,“用更多元件填充集成电路”这篇文章预测集成在半导体芯片上的晶体管和电阻器的数量将每年翻一番,这是摩尔定律的雏形。

1975年,摩尔在ieee电子元件国际会议上发表了一篇论文。摩尔定律(Moore Law)根据当时的实际情况进行了修订,将“每年翻一番”改为“每两年翻一番”,而流行的说法是“每18个月翻一番”。但在1997年9月,摩尔在一次采访中表示,他从未说过“每18个月翻一番”。

1968年,在摩尔提出摩尔定律的原始版本三年后,他和他的朋友们共同创立了英特尔公司(Intel Corporation),该公司最初专注于内存的设计和生产,然后根据应用和市场发展趋势逐渐将业务重点转移到处理器上。

1971年,英特尔发布了世界上第一款商用微处理器4004,采用10μm工艺,在芯片上集成了2250个晶体管。

1979年,该公司推出了处理器8086,采用3μm工艺,在芯片上集成了29,000个晶体管,比10μm工艺增加了10倍,这也是摩尔定律演化的第一个价值体现。

1982年,英特尔推出了具有1.5μm工艺和134,000个晶体管的80286。

1985年,该公司推出著名的386系列处理器,将工艺节点提高到1μm,使晶体管数量飙升至275,000个,比3 μ m增加了近10倍。

1989年,英特尔推出486系列处理器,采用0.8μm工艺,晶体管数量达到120万..

1993年,该公司推出了第一款奔腾处理器,采用0.8μm工艺,晶体管数量增至310万..

1995年,奔腾pro问世,将工艺节点发展到0.6μm~0.35μm,从而使晶体管数量达到5.5m..

2000年,该公司推出了奔腾4系列处理器,采用0.18μm工艺,拥有4200万个晶体管。

2006年,采用65纳米工艺的核心系列处理器问世。晶体管的数量超过1亿到1 . 51亿。

2010年,英特尔采用32纳米工艺推出酷睿i7-980x。晶体管数量超过10亿,达到11.7亿。

2015年,酷睿i7-4960x处理器推出,采用22纳米工艺,晶体管数量增至18.6亿。

在过去的两三年中,英特尔处理器将14纳米作为其主要制造工艺。

自2007年以来,英特尔在制造过程中进入了著名的“滴答”(tick-tock)节奏,“滴答”代表制造过程的改进,“滴答”代表不变的过程和芯片核心架构的升级。“滴答”代表一个完整的芯片开发周期,需要两年时间。

根据滴答的节奏,英特尔可以跟上摩尔定律的发展,每24个月左右晶体管的数量就会翻倍。2015年,该公司宣布采用“架构、流程和优化”三步战略。这意味着晶体管的数量每36个月只会翻倍。

自2015年以来,英特尔已在14纳米工艺节点停留了约4年,并一直在更新来自skylake(14纳米)、kaby lake(14纳米)、咖啡湖(14纳米)的14纳米工艺。它的10纳米最初计划在2016年推出,但已经被多次推迟,直到今年才会投入大规模生产。

TSMC名列第二

与英特尔类似,TSMC一刻也没有停止地遵循摩尔定律。此外,在智能手机时代,TSMC凭借其晶圆代工业务赢得了苹果、高通和华为海斯等大客户。TSMC将在2015年下半年大规模生产16纳米鳍片场效应晶体管工艺,这与英特尔的14纳米大规模生产时间基本同步。在接下来的4年中,英特尔反复升级了14纳米节点,10纳米经历了多次票证跳跃。TSMC在2017年大规模生产了10纳米技术,并在2018年率先引入了7纳米技术,从而引领英特尔与摩尔定律保持同步。然而,英特尔的10纳米工艺一再被延迟,多重四图案曝光(saqp)的较低产量可能是主要原因。

就7纳米而言,euv是未来更先进制造工艺不可或缺的工具。英特尔已经采用了euv双曝光技术,预计仍将按照原计划进行大规模生产。由于英特尔的7纳米节点不再面临saqp四倍曝光技术难题,而是euv双曝光,预计将按原计划在2020年大规模生产。

就晶体管密度、栅极间距和栅极长度而言,英特尔的14纳米和10纳米节点优于TSMC。2014年,英特尔发布了每平方毫米3750万个晶体管的14纳米节点,以及每平方毫米约2900万个晶体管的TSMC 16纳米节点。英特尔14纳米节点的栅极长度为24纳米,优于TSMC的33纳米。在10纳米处,英特尔每平方毫米有1.008亿个晶体管,而TSMC在10纳米处每平方毫米有4810万个晶体管。

目前,TSMC占了上风。其未来发展的关键在于英特尔10纳米的生产计划。根据公布的技术信息,英特尔不断更新的14纳米与TSMC的10纳米数量级相同,TSMC大规模生产的7纳米工艺明显优于英特尔的14纳米工艺。可以看出,在大规模生产的时候,TSMC略占上风,而实际技术储备相差不大。

结论

英特尔和TSMC是摩尔定律演变的主要驱动力。前者开创了法律,并为其发展奠定了基础。后者来自幕后,以占主导地位的商业模式和大举投资的勇气引领着行业的发展。但是目前,摩尔定律显然面临着巨大的挑战,或者已经进入了两难境地。英特尔和TSMC作为其坚定的支持者,也在考虑继续执行这项法律的各种方式。

*免责声明:这篇文章最初是作者写的。这篇文章的内容是作者的个人观点。重印半导体行业观察只是为了传达不同的观点。这并不意味着半导体行业观察同意或支持这一观点。如果您有任何异议,请联系半导体行业观察。

今天是2095年的《半导体工业观察》。请注意。

半导体工业观察

“半导体第一垂直介质”

实时专业原始深度