英特尔研究院宋继强：摩尔定律是一面创新旗帜

宋继强

胡春民

时间:2022年6月10日

地点:CCID大厦

摩尔定律仍然可以以一定的节奏继续下去。

胡春民:有人说摩尔定律已经到了极限要想延续摩尔定律，需要更多颠覆性的技术创新和突破英特尔对延续摩尔定律有什么建议

宋继强:摩尔定律不仅是物理定律，也是对半导体未来技术和经济发展的预测用表达方式来说，就是可以通过各种方式提高一定尺寸内的半导体晶体管的密度同时它还有一个特点，就是半导体的性能达到平均水平后，半导体的价格也会呈指数下降所以总体来说，摩尔定律实际上是通过预测半导体的指数级提升来推动半导体产品的性价比

由此可见，摩尔定律不是技术定律，也不是物理密码，而是半导体领域专家对产业发展方向的大胆预测，并将其视为一种信仰当然，光有信仰是不够的，还需要落实和推动其发展需要通过实际的技术进步和生产工艺的改进来推动摩尔定律相关技术的实施

几十年来，英特尔一直是摩尔定律的支持者，守护者和推动者在过去的二十年里，摩尔定律被传了很多次，甚至已经走到了尽头但实际上，每出现一次这样的困难，都意味着半导体技术的发展遇到了巨大的技术挑战，导致短时间内没有合适的半导体技术来推动摩尔定律按照原来的速度发展但是每当人们认为摩尔定律要失效的时候，总会有一些新的技术出现，应用到工业的发展中去推动摩尔定律向前发展比如2008年，高k介质金属栅技术的出现，突破了芯片在32nm工艺的症结此外，3D FinFET架构的出现，帮助芯片工艺成功突破了28nm工艺

但伴随着芯片工艺发展到5nm，3nm，很多工艺结构的设计开始接近原子级，要求设计的高精度，高成品率，技术突破难度加大因此，今天的芯片小型化将更多地依赖于掩模对准器技术和新的架构设计方法

首先，在光刻技术方面，需要大幅度提高光刻机的精度，使其可以用于尺寸更精细的芯片的光刻其次，在芯片尺寸不断缩小的同时，要想有效提高芯片的性能，就需要一种新的架构设计方法现在业界认为GAA的新架构设计可以有效提升先进工艺芯片的性能基于Intel GAA，设计了RibbonFET结构Intel芯片工艺进入Amy后，将采用RibbonFET架构

对于半导体行业来说，摩尔定律就像一面旗帜如果我们遵守它，我们可以利用各种创新达到相应的技术水平另外，摩尔定律的发展不是靠自己的努力就能实现的，需要产业链上下游的共同努力如果大家都相信摩尔定律可以发展，那么它还是可以以一定的节奏继续下去

工艺的先进性要综合判断。

胡春民:摩尔定律的延续通常是基于制造技术的进步业内已经有代工公司实现了5nm和4nm的量产，正在向更小的工艺迈进英特尔和其他厂商在工艺技术上有什么区别你为什么坚持这条路线

宋继强:从90年代后期开始，不同厂家对工艺节点的命名方式不再统一此前，由于人们可以精确测量晶体管栅极的长度，企业往往以晶体管栅极的长度作为某一代芯片工艺的名称但在芯片小型化进度放缓后，晶体管栅极长度的减少并没有以前那么明显但是，人们还是希望芯片工艺的命名能够体现摩尔定律的延续所以进入21世纪后，各厂商的命名规则不一致一些制造商仍然使用栅极长度来命名，而其他制造商使用其他特征尺寸来命名，从而强调他们能够使工艺更小

所以，芯片工艺的数值对于今天的半导体工艺来说，参考意义不大在衡量芯片性能方面，其他数值也具有参考意义比如芯片中晶体管的状况也是衡量芯片性能的一个重要指标，即晶体管能达到什么密度这些技术水平甚至比纳米数值更有说服力

由此可见，如果要衡量半导体制造技术的先进性，需要结合多项指标进行综合评判，而不是仅仅以几个纳米来概括就英特尔而言，一直坚持严格要求，稳步推进技术进程，而不是一味追求速度比如英特尔的14nm，14nm+，14nm++，10nm，10nm+等制造工艺，其实每一个加号都代表一个技术的进步，有的是10%，有的是20%有时候朋友会直接把这个推广作为一个新的工艺节点发布，而Intel没有

Intel在从14nm推进到10nm的过程中遇到了一些困难，比友商慢了一些目前，英特尔在最先进的制造工艺上落后友商大约一年到一年半因此，英特尔提出了IDM 2.0的新战略，目标是在4年内推广5个工艺节点在这种策略下，当Intel推进到Intel 20A时，工艺技术大概可以与业界顶尖水平持平，甚至略强到Intel 18A的时候，Intel可以重回行业领先地位这不是空穴来风，而是用各种精准的指标来衡量的

胡春民:英特尔18A和英特尔20A在数量上的差别似乎很小这两项技术将如何优化和改进

宋继强:两者的差距主要体现在RibbonFET架构性能的提升上这种架构将在Intel 20A出现时正式呈现，在Intel 18A到来时会变得更加完善，从而进一步优化芯片性能供电方式，开关速度控制，功耗等方面都会进行优化，之后会继续完善工艺

先进技术芯片的开发过程涉及上千个步骤，量产成品率非常高的芯片并不容易架构设计很难一步到位，需要不断优化升级晶体管可以看作是一块块的乐高积木，每一块都可以用来打造不同的架构产品一些架构可以构建高性能计算，而另一些则专注于性能并实现更低的功耗同时，不同的性能要求对晶体管测试场景有不同的要求在构建的过程中，需要不断的对架构进行测试，从而促进架构的不断优化，实现技术的不断进步

新架构是延续摩尔定律的重要方式。

胡春民:现在一些OEM厂商已经转向GAA架构，推动更先进制造工艺的研发英特尔的架构创新突破与其他企业有什么不同

宋继强:GAA是一种晶体管结构这是一种栅极覆盖沟槽鳍两侧的结构这是一个通用的架构，但是每个家族在具体的晶体管结构设计上各有不同

创新架构RibbonFET在英特尔GAA晶体管上实现RibbonFET结构可以使一个栅极同时覆盖多个用于电流传导的沟槽同时，沟槽式鳍片的设计可以根据不同的需求而加宽或缩小，使得整个设计变得相对灵活，多个鳍片可以被一个网格完全包裹，从而可以在不占用过多平面尺寸的情况下增大沟槽式鳍片的尺寸在加宽鳍片的同时，可以保证足够大的电流吞吐量，并且不会增加整个结构的尺寸，这也是英特尔架构设计的独特之处

现在整个行业都很看好GAA机构，已经开始在晶体管的结构设计中使用但是芯片能否实现量产才是最重要的，现在看来很难

先进的包装将促进摩尔定律的延续

胡春民:封装曾经被认为是集成电路领域技术含量相对较低的环节如今业界提出了先进的封装理念，包括3D堆叠等技术，被视为推动摩尔定律发展的关键先进的封装技术如何推动摩尔定律的发展英特尔在这方面有哪些突破

宋继强:先进封装将是延续摩尔定律的重要技术方向以前，人们通常专注于芯片中的晶体管设计，致力于如何制作单个芯片，包括如何优化结构和提高电源在封装方面，传统封装在管芯外部的带宽，功耗，连接间距都有很大差异，导致无法将管芯集成在同一个芯片系统中，芯片的性能难以提升

因此，仅靠传统封装很难有效提升芯片性能，但这一系列问题在先进封装中得到了有效解决例如，通过采用先进的混合焊接技术，封装中的间距尺寸可以减小到小于10微米因此，通过采用先进的封装技术，芯片中的特征尺寸差异可以减少很多，连接电阻和连接长度的功耗也会降低，可以达到联合优化的效果，从而有效提高芯片性能

在先进封装中，除了平面封装，3D封装也可以用来提高芯片性能3D封装把计算单元和运算单元密封在一起，大大增加了芯片密度

3D封装技术的出现，意味着芯片在平面方向不再占据更多的尺寸空间，而是通过垂直堆叠向上延伸虽然效果会更好，但是技术难度也会增加首先，连接之间传输信号的速度会变快，其次，运算单元的功耗也会增加因此，在3D封装领域，功能密度的提高和功耗的降低是未来需要优化的方向

Foveros是英特尔推出的3D封装技术，包括Foveros omni和Foveros direct技术这些技术都是垂直方向的，可以有效连接计算单元，供电流畅，不需要在芯片上打孔和管芯，节省了宝贵的平面资源

胡春民:在先进封装方面，大企业针对异构集成，核心粒子等技术开展了哪些合作。

宋继强:当先进封装在2D集成时，每个芯片或核心都可以以主流方式互联而在2.5D和3D的异构融合中，主流方式的连接相对困难，需要统一的互联标准因此，英特尔发起了UCIe联盟，旨在建立统一的公共互联标准UCIe联盟包括芯片设计厂商，封装测试厂商等半导体产业链各个环节的厂商，使得各个产业链形成互联互通的关系，有利于标准的制定

UCIe联盟的成立，不仅使英特尔能够与其他厂商共享技术和接口，还能有效促进产业链上下游合作伙伴形成更好的工业互联技术，推动产业发展。

胡春民:中国企业如何更好地参与到异构集成技术领域。

宋继强:现在中国企业都在积极参与异构集成技术的开发UCIe联盟已经有几家中国企业异构集成也是我国半导体行业重点发展的技术领域之一，产学研各方面都非常重视比如中科院院士刘明去年就提到了混合键合技术，清华大学教授，国际欧亚科学院院士魏少军在今年3月的一次会议上也特别提到了异质集成，并表示以三维混合键合技术为代表的微纳系统集成将是未来半导体延续摩尔定律的主要手段因为传统封装领域和先进封装领域还有很大的技术差距，中国要想更好的发展异构集成技术，需要结合学术界和产业界双方的能力，共同推动发展

异构计算使芯片设计更加灵活。

胡春民:异构计算对摩尔定律的延续能起到什么作用。

宋继强:现在人们更关注异构计算技术，因为异构计算只需要在现有芯片工艺的基础上，通过计算架构的设计创新，就可以优化芯片性能，而不会减少芯片工艺在未来的芯片设计中，既有传统的标量计算架构，也有向量计算架构，甚至还有矩阵计算架构这些架构整合后，可以更有效地利用底层芯片资源，发挥更高效的计算能力，从而有效提升芯片性能

伴随着数字化转型的加速，各行各业对计算能力的需求越来越大使用传统的芯片架构来处理这些数据是远远不够的通过多种架构的结合，我们可以根据不同的功能匹配合适的架构进行数据处理，使工作更加高效英特尔CPU采用异构计算技术该芯片同时包含能效核心E核和性能核心P核，兼顾了芯片的能效和性能在提高芯片性能的同时，还可以根据客户要求进行灵活调整

宽带隙半导体暂时无法取代硅基半导体。

胡春民:最近宽带隙半导体技术升温，一些碳基功率器件开始在汽车上应用碳基半导体是未来硅基半导体的替代品吗

宋继强:与传统的硅基半导体相比，宽带隙半导体在一些功率器件上有优势，但并不意味着可以取代硅基半导体，因为宽带隙半导体的应用领域还很有限，远不如硅基半导体比如宽带隙半导体不适合做计算元件，不能应用在CPU领域宽带隙半导体是另一个技术方向，它不是硅的替代技术

四大超级技术力量推动数字化进程。

胡春民:英特尔首席执行官帕特·基辛格说，当今时代的四大超级技术力量是无处不在的计算，从云到边缘的基础设施，无处不在的连接和人工智能这四项技术对未来的万物互联和数字化发展有很大的帮助英特尔对此有什么布局

宋继强:这四大技术力量被英特尔视为数字化转型的四大超级力量，也是英特尔布局的重点技术领域泛在计算意味着未来万物互联技术将变得更加智能，使得未来的计算不再局限于手机，电脑等设备的连接，而是可以连接更多的设备这也意味着未来常见的设备，无论是植入还是连接，都需要增加计算能力比如会议室的桌子也可以具备触摸，交互，记录等能力，这堵墙甚至可以自动变成投影或互动场景

无处不在的计算能力可能只存在于单个设备中，也可能存在于多个相连的设备中，但对通信技术水平的要求非常高在通信过程中，设备需要从其他设备或一些额外的计算资源获取数据所以对于通信设备来说，需要全方位的连接，包括前端和后端的一站式连接——比如通过5G和Wi—Fi提供低时延，高吞吐量的连接，还有一些有线的连接，比如运营商的接入网和骨干网的连接

可见，无处不在的计算能力也需要无处不在的连接为了实现无处不在的连接，英特尔致力于通信技术创新，包括4G，5G甚至6G网络标准化和定制技术在运营商和服务提供商的系统中，英特尔得到了FlexRan软件技术的支持在硬件技术中，英特尔可以提供智能网卡，IPU等网络加速技术的支持

在从云到边缘的基础设施中，除了强大的硬件支持，还需要有高度互操作的软件，这样硬件才能发挥作用，硬件资源才能得到很好的协调和调度因此，英特尔在软件层面提供了不同种类的开发包，并提供了更完整的软件栈

在从云到边缘的基础设施中，异构计算是关键技术可是，异构计算单元的调度已经成为一个新的挑战如何在完成异构计算单元调度的同时达到降本增效的效果，需要业界的协同探索因此，英特尔及其合作伙伴启动了oneAPI计划，为异构计算提供统一的编程框架，覆盖从云到端的边缘计算，以便开发者灵活调度计算资源

现在数据量呈指数级增长，单靠人力很难处理因此，人工智能技术成为四大超级力量之一在未来的数据中，除了数字系统本身产生的数据，还会有从物理世界折射到数字领域的数据，包括但不限于人类日常的视觉和语音数据这些海量数据需要AI算法进行处理，优化，并与硬件连接人工智能只有有效整合数据并保持垂直，才能充分发挥其高效率，提高生产力

芯片未来的性能迭代和成本预期还是有理有据的。

胡春民:此前，在摩尔定律的发展过程中，总有一些特征规律，使得人们能够根据这个规律准确预测下一代芯片的成本，性能等指标后摩尔时代，芯片的性能迭代和成本预期是否还遵循同样的规律

宋继强:法律还是会存在，但不会是长期稳定的法律这是因为之前的技术难度不高，在芯片迭代的过程中规律性相对稳定，人们可以提前很久预测芯片技术的发展可是，伴随着技术难度和不确定性的增加，人们很难提前很长时间预测下一代芯片技术，他们往往在技术问世时才能获得确切的信息

比如英特尔的Intel 18A芯片，现在还不能知道确切的技术细节需要等到2023年，Intel 20A即将发布，芯片工艺正式进入Amy，才能知道具体情况Intel 18A芯片的研发需要2000多道工艺流程现在还很难确定这个过程中会出现哪些变量所以今天的规律性没有以前那么强了，但还是存在的