英特尔vs台积电,纳米级别的战斗

2019-10-12来源: 半导体行业观察关键字:英特尔  台积电

集成电路刚被发明出来的时候,当时的特征尺寸大概是10μm(10000nm),之后逐步缩小到了5μm、3μm、1μm、0.8μm、0.5μm、0.35μm、0.25μm、0.18μm、0.13μm、90nm、65nm、45nm、32nm、22nm、16nm、10nm,发展至今,台积电已经开始量产7nm+(采用EUV的7nm)的芯片了,明年还将量产5nm的。在这个过程当中,制程共经历了20几代变革,未来几年,3nm、2nm芯片也将实现量产。从5μm到5nm,实现了1000倍的变化,大概经历了40多年的时间。


人的头发横截面直径大概是80μm,以采用28nm制程工艺的SRAM为例,可以在头发的横截面上放20735个这个样的SRAM单元,随着微缩技术的发展,在直径为80μm的横截面上,可以容纳越来越多的SRAM单元了。这主要是由光刻工艺及其技术演进实现的。


然而,随着特征尺寸的不断微缩,逐渐达到了半导体制造设备和制程工艺的极限,眼下,集成电路的晶体管数量,以及功耗和性能已经很难像过去40年那样,几乎一直在顺畅地呈现出线性的发展态势(也就是按照摩尔定律演进),而且,不但工艺难度越来越大,成本也高得吓人,能够提供10nm及更先进制程工艺芯片制造的厂商只剩下台积电、三星和英特尔这三家。


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。而在这两强当中,台积电后来居上,在最近5年左右的时间里,在半导体制程工艺上一直压英特尔一头,不过,台积电成立于1987年,而英特尔成立于1968年,且摩尔定律就是由英特尔创始人之一的戈登·摩尔(Gordon Moore)于1965年提出来的。


因此,真正伴随芯片制造和摩尔定律从诞生,到发展壮大,再到如今的缓慢前行,就是英特尔了,通过该公司的芯片发展历程,以及制程节点的演进和晶体管数量的提升,可以对半导体工艺和摩尔定律的发展有一个直观和系统的认识。


从第一款商用处理器到10nm芯片


1965年4月,《电子学》杂志(Electronics Magazine)第114页发表了戈登·摩尔(时任仙童半导体公司工程师)撰写的文章〈让集成电路填满更多的组件〉,文中预言半导体芯片上集成的晶体管和电阻数量将每年增加一倍,这也就是摩尔定律的雏形。


1975年,摩尔在IEEE国际电子组件大会上提交了一篇论文,根据当时的实际情况对摩尔定律进行了修正,把“每年增加一倍”改为“每两年增加一倍”,而普遍流行的说法是“每18个月增加一倍”。但1997年9月,摩尔在接受一次采访时声明,他从来没有说过“每18个月增加一倍”。


1968年,也就是摩尔提出摩尔定律最初版本后三年,他与朋友联合创立了英特尔公司,该公司最初是以设计和生产存储器为主,后来根据应用和市场发展趋势,逐步将业务重心转移到了处理器上。


1971年,英特尔发布了世界第一块商用微处理器4004,当时采用的是10μm制程工艺,使得该芯片上集成了2250个晶体管。


1979年,该公司又推出了处理器8086,采用了3μm制程工艺,使得该芯片上集成了29000个晶体管,较10μm工艺有了10几倍的提升,这也是摩尔定律演进的首次价值体现。


1982年,英特尔推出了80286,采用1.5μm制程,晶体管数量达到了134000个。


1985年,该公司推出了著名的386系列处理器,将制程工艺节点提升到了1μm,这使得晶体管数量又猛增到275000个,与3μm相比,又提升了近10倍。


1989年,英特尔推出了486系列处理器,采用0.8μm制程,使得晶体管数量达到120万个。


1993年,该公司推出了首款奔腾处理器,采用0.8μm制程,晶体管数量则提升到了310万个。


1995年,推出了奔腾Pro,将制程工艺节点演进到了0.6μm~0.35μm,从而使得晶体管数量达到了550万个。


2000年,该公司又推出了奔腾4系列处理器,采用了0.18μm制程,晶体管数量达到4200万个。


2006年,推出了酷睿系列处理器,采用了65nm制程,晶体管数量突破了1亿,达到1.51亿个。


2010年,英特尔又推出了酷睿i7-980x,采用了32nm制程,晶体管数量突破了10亿,达到11.7亿个.


2015年,推出了酷睿i7-4960x处理器,采用了22nm制程,使得晶体管数量提升到了18.6亿个。


发展到最近两三年,英特尔处理器则以14nm为主要制程。


从2007年开始,英特尔在制程方面,进入了著名的“Tick-Tock”节奏,“Tick”代表制程工艺提升,而“Tock”代表工艺不变,芯片核心架构升级。一个“Tick-Tock”代表完整的芯片发展周期,耗时两年。


按照Tick-tock节奏,英特尔可以跟上摩尔定律的演进,大约每24个月可以让晶体管数量翻一番。2015年,该公司宣布采用“架构、制程、优化” (APO,Architecture Process Optimization)的三步走战略。这意味着每36个月,晶体管数量才会翻一番。


自2015年至今,英特尔已在14nm制程节点处停留约4年时间,从Skylake(14nm)、Kaby Lake(14nm+)、CoffeeLake(14nm++),一直在更新14nm制程。其10nm原计划于2016年推出,但经历了多次推迟,直到今年才实现量产。


台积电后来居上


与英特尔类似,台积电跟随摩尔定律的脚步一刻也没有停歇,而且,台积电凭借晶圆代工业务后来居上,赢得了智能手机时代苹果、高通、华为海思等大客户。台积电于2015下半年量产 16nm FinFET工艺,这与英特尔的14nm量产时间基本同步。此后4年,英特尔反复升级14nm节点,10nm经历多次跳票。而台积电则于2017年量产10nm工艺,并于2018年率先推出7nm工艺,从而在紧跟摩尔定律步伐方面,开始领先于英特尔。而英特尔10nm制程一再推迟,后段采用多重四图案曝光(SAQP)良率较低可能是主要原因。


7nm方面,EUV是未来更先进制程不可或缺的工具,英特尔采用EUV双重曝光技术已有提前布局,仍有望按原定计划量产,由于英特尔7nm节点不再面临SAQP四重曝光技术难题,而是EUV双重曝光,有望按原计划,于2020年量产。


而从晶体管密度、栅极间距、栅极长度等指标来看,英特尔的14nm、10nm节点则要优于台积电,2014年,英特尔发布的14nm节点,每平方毫米3750万个晶体管,台积电16nm节点约为每平方毫米2900万个晶体管。英特尔14nm节点栅极长度24nm,优于台积电的33nm。10nm方面,英特尔的晶体管密度为每平方毫米1.008亿个,台积电10nm节点晶体管密度为每平方毫米4810万个。


目前来看,台积电略占上风,未来发展,关键要看英特尔10nm量产进度。就目前已发布的技术信息来看,英特尔持续更新的14nm与台积电的10nm处于同一量级,台积电已量产的7nm制程显著优于英特尔14nm的。可见,台积电在量产时间上略占上风,而实际技术储备差别不大。


结语


英特尔与台积电是摩尔定律演进的主要推动力量,而前者开创了该定律,并为其发展打下了基础,后者则后来居上,在商业模式占优、且敢于重金投入的情况下,带动了产业发展。但目前来看,摩尔定律显然遇到了极大的挑战,或者说进入了窘境,作为其坚定支持者的英特尔和台积电,也正在想着各种办法延续这一定律。


关键字:英特尔  台积电 编辑:muyan 引用地址:http://news.eeworld.com.cn/manufacture/ic476918.html 本网站转载的所有的文章、图片、音频视频文件等资料的版权归版权所有人所有,本站采用的非本站原创文章及图片等内容无法一一联系确认版权者。如果本网所选内容的文章作者及编辑认为其作品不宜公开自由传播,或不应无偿使用,请及时通过电子邮件或电话通知我们,以迅速采取适当措施,避免给双方造成不必要的经济损失。

上一篇:中美贸易协议第一阶段初步达成 未涉及华为许可证问题
下一篇:SigmaPoint科技公司先进新品导入中心添置环球仪器贴片机

关注eeworld公众号 快捷获取更多信息
关注eeworld公众号
快捷获取更多信息
关注eeworld服务号 享受更多官方福利
关注eeworld服务号
享受更多官方福利

推荐阅读

英特尔和布朗大学部署AI,帮助瘫痪患者恢复运动功能
英特尔和布朗大学近日启动由DARPA((Defense Advanced Research Projects Agency,美国国防高级研究计划局))资助的智能脊柱接口项目,该项目旨在利用人工智能,帮助脊髓严重受损以致瘫痪的患者恢复运动功能和膀胱控制能力。                                                智能脊柱接口项目示意图
发表于 2019-10-09
英特尔和布朗大学部署AI,帮助瘫痪患者恢复运动功能
英特尔携手一汽集团,引领汽车行业全新变革
9月24日,英特尔携手一汽集团,在位于长春的一汽集团NBD总部举办了技术体验日活动。活动上,英特尔展出了一系列在汽车电子领域的领先技术和产品,并介绍了同一汽集团的合作进展。其中,软件定义汽车的话题备受关注。 打破行业困局 近年来,汽车产业正在步入重大转型期,与此同时,汽车产业的电动化、智能化、网联化和共享化的“新四化”也从概念开始步入现实。然而,在这个过程中,如何满足用户新的需求,找到适应未来汽车产业发展的解决方案,是摆在整个行业面前的一道难题。经过摸索,汽车行业近年来逐渐达成了将“软件定义汽车”视作未来发展方向的共识。 软件定义汽车首先定义的是整车的基础架构,想要实现软件定义汽车,整车的电子化架构
发表于 2019-10-08
英特尔将全面普及2.5Gbps以太网,千兆网是否已成过去?
我国在监管部门的再三督促下,国内宽带经过多次提速后,百兆宽带才拉开了普及的序幕。而现在英特尔宣布将全面普及2.5Gbps以太网,这两者是冲突的吗?其实不然,这是两个不同的概念,一个指的是网络覆盖宽带,一个指的是以太网卡支持的覆盖宽带。随着技术的进步发展,千兆以太网已经越跟不上时代的需求。现在主流机械硬盘的顺序读写速度已经可以达到250MB/s,而SATA通道的SSD读写速度则达到了500MB/s。对此千兆网区区120MB/s的网络带宽早已捉襟见肘。本按照计划,10Gbps应当成为下代以太网的标准速率。稍显遗憾的是,目前10Gbps局域网的解决方案成本都在100美元左右,暂时还难以进入消费级市场。为此,Intel准备先过
发表于 2019-10-08
Surface Neo动力之源—英特尔Lakefield处理器
微软正式发布了Surface Neo这一革命性双屏Surface设备,而Surface Neo则搭载了代号为“Lakefield”的英特尔处理器。 据悉,这款英特尔Lakefield移动处理器将CPU与英特尔的Foveros 3D封装技术结合在一起,从而让Microsoft Surface Neo在保证轻薄的机身的同时性能得到了保证。这款新处理器基于最新的10纳米工艺和Foveros先进的封装技术打造,因此与上一代技术相比,它可以显着降低待机功耗,核心面积(12x12x1 mm)和封装高度。 Lakefield处理器创新地将CPU同“Tremont”内核与“Sunny Cove”内核结合在一起,在保证设备性能
发表于 2019-10-03
英特尔与阿里云签署战略合作备忘录,为奥会带来创新技术
在2019年杭州云栖大会上,英特尔与阿里云签署战略合作备忘录并宣布:将面向2020年东京奥运会和2022年北京冬奥会,在360 8K VR、3D数字孪生、云转播等领域展开密切合作;双方还将面向2020年东京奥运会,在人工智能3D运动员追踪领域展开合作。在这些创新领域,英特尔将提供高性能处理器和AI技术平台的支持,阿里云将在云基础设施和服务上发挥特长。 英特尔与阿里云签署战略合作备忘录,为2020东京奥运会和2022北京冬奥会带来创新技术 “更高、更快、更强的奥林匹克口号,与英特尔的创新基因有着高度一致的理念。”英特尔公司市场营销集团副总裁兼全球奥运项目办公室总经理Rick Echevarria表示,“作为奥运会
发表于 2019-09-29
英特尔与阿里云签署战略合作备忘录,为奥会带来创新技术
打破了存储器框架,英特尔挑战三星、SK海力士
全球第一的非存储器半导体企业英特尔在韩国推出新一代存储器半导体,外界解读,英特尔选在存储器半导体强国发表新产品,是在向全球前两大存储器半导体企业三星电子、SK海力士宣战。英特尔首次选在韩国首尔举办全球意见领袖聚会,并公布数据中心用存储器的Optane系列、存储器市场策略。英特尔计划在墨西哥里约兰町(Rio Rancho)工厂生产Optane数据中心的DCPM(持续性存储器),并于明年上市。另一方面,英特尔也发表数据中心用固态硬盘144层4阶QLC(4bit为一单位)NAND闪存,比三星电子、SK海力士的128层的NAND更加密集。时隔34年,英特尔重返存储器市场据《韩国经济》报道,英特尔睽违多年重返存储器市场,重磅推出
发表于 2019-09-29
小广播

About Us 关于我们 客户服务 联系方式 器件索引 网站地图 最新更新 手机版

站点相关: 市场动态 半导体生产 材料技术 封装测试 工艺设备 光伏产业 平板显示 电子设计 电子制造 视频教程

北京市海淀区知春路23号集成电路设计园量子银座1305 电话:(010)82350740 邮编:100191

电子工程世界版权所有 京ICP证060456号 京ICP备10001474号 电信业务审批[2006]字第258号函 京公海网安备110108001534 Copyright © 2005-2019 EEWORLD.com.cn, Inc. All rights reserved