英特尔Intel 3工艺详细披露：最后一代FinFET节点

6月前

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最近，英特尔宣布，它已经开始为英特尔内部客户和外部客户批量生产intel 3 工艺，并在夏威夷举行的 IEEE VLSI 技术与电路研讨会上提供了有关该工艺的一些技术细节。Intel 3 代表了英特尔 IDM 2.0 战略中的第三个工艺节点，该战略旨在四年内开发五个工艺节点，并将成为第一个针对代工厂制造的先进节点。

正如英特尔所说，公司一直致力于利用创新技术来扩展摩尔定律，并将更强大的功能交到客户手中，以用于激动人心的新应用。几十年来，英特尔在关键的转折点上引领了晶体管技术的发展，包括 2005 年引入应变硅、2009 年引入高 k 和金属栅极堆栈，以及 2011 年通过 FinFET 架构将晶体管带入三维空间。

现在，英特尔将继续发扬我传统，开拓重大的新型晶体管创新，这些创新将塑造人工智能和超级计算机等未来领域。

在英特尔看来，Intel 3 将在未来至少十年内长期支持代工厂客户，从而为汽车和物联网等需要更长生命周期的应用打开大门。Intel 3 的生产爬坡不仅仅是一项制造成就，它代表了英特尔代工厂的一个重要里程碑和证明点。

值得一提的是，该节点是英特尔路线图上的最后一代FinFET节点，因为从下一代开始，英特尔就开始推出了他们的GAA晶体管RibbonFET。

英特尔表示，基础的Intel 3 工艺节点在相同功率下为整个处理器核心提供高达 18% 的性能提升、一组灵活的金属互连选项，并且密度比上一代Intel 4 节点提高高达 10% 。这代表了整整一代的性能改进 — —短短一年内就取得了巨大进步。英特尔通过对工艺的几乎每个方面（从晶体管到金属堆栈）进行精心优化实现了这一目标。适度的密度提升来自我们开发的一组新的高密度标准单元库。

2021 年，英特尔着手重夺工艺技术领先地位，并制定了四年五节点 (5N4Y) 计划，并设定了一系列积极的里程碑。5N4Y 路线图专注于重夺技术领先地位，并通过谨慎和有节制的冒险展示一致的执行力。它还旨在推动整个行业向前发展——随着公司转型，为代工客户提供广泛的设计、封装和制造能力。

Intel 3 节点使英特尔更接近 5N4Y 之旅的终点线，并在公司之前的成功基础上提供一致的执行。在之前的Intel 4 节点中，英特尔引入了 EUV 光刻技术，这是一项影响工艺许多不同方面的复杂技术，从晶体管前端到后端的通孔和金属互连。英特尔 4 节点用于英特尔酷睿超强处理器系列，该系列开创了 AI PC 时代，出货量已超过 900 万台。

按照计划，英特尔 3 节点在去年年底达到了制造就绪里程碑。该节点在公司位于俄勒冈州的研发基地实现了大批量生产，现在也在我们位于爱尔兰莱克斯利普的工厂为代工客户大批量生产芯片，包括英特尔至强 6 平台的服务器处理器，这进一步表明英特尔工艺技术已重回正轨。

Intel英特尔 3 工艺节点带来的一些重大优势包括更密集的设计库、更大的晶体管驱动电流和更多 EUV 的使用。该节点还有三种变体，包括 3-T、3-E 和 3-PT。前两种变体与英特尔 4 相比，每瓦性能提升了 18%，而 PT 则带来了额外的性能并且易于使用。所有四种节点变体都支持 240nm 高性能和 210nm 高密度库。

它们还具有一系列特定功能，例如 3/3-T 上的 Through-Si Via、对 3-E 和 9um 间距 TSV 的 1.2V 原生和深 N 阱支持，以及在 3-E 基础上扩展的 3-PT 上的混合键合支持。3/3-T 节点将服务于服务器、客户端和基片应用，而 3-E 则针对芯片组和存储市场。最后，3-PT 将服务于 AI/HPC 应用和通用计算产品。

按照英特尔所说，Intel 3-T 工艺节点以基础工艺为基础，为 3D 堆叠应用提供硅通孔 (TSV)，例如图像处理、高性能计算和 AI，其中需要将多个计算和内存组件集成在单个封装中。

Intel 3-E 节点添加了一组丰富的 I/O，用于外部接口、模拟和混合信号功能，扩大了该系列的广度。

Intel 3-PT 节点将所有这些进步整合到一个工艺中，然后增加了更多性能增强功能以及对设计人员的卓越易用性，同时包括对更细间距 9um TSV 和混合键合选项的支持，以实现更高密度的 3D 堆叠。

英特尔相信，公司的 3-PT 节点为各种应用提供了独特的性能、灵活性和成本组合。作为最终的基于 FinFET 的工艺节点，它将成为未来许多年内与新技术一起使用的主流——无论是内部还是外部代工厂客户。

现在，我们来看一下英特尔在VLSI 研讨会上分享的Intel 3 工艺节点的详细信息。

如上所述，Intel 3 不仅仅是业内许多人所期待的子节点。英特尔 3 是英特尔将针对不同应用/细分市场推出多个版本的工艺节点。第一个将是被称Intel 3 和Intel 3T 的基础工艺。“T”代表硅通孔 (TSV)，这是一种垂直方向的电气连接，可实现芯片元件之间或堆叠芯片之间的高速互连。

与上一代Intel 4 节点相比，基础英特尔 3 工艺节点在相同功率下可为整个处理器核心提供高达 18% 的更高性能、一组灵活的金属互连选项以及高达 10% 的更高密度。

英特尔将利用 Xeon 6 产品线上的 TSV 将芯片安装到硅中介层/基座芯片上，但它也可用于芯片堆叠。Intel 3E 工艺可用于需要模拟处理的芯片，用于存储控制器等应用。Intel 3E 的一些增强功能包括原生 1.2-V gate、用于安静噪音隔离的深 N 阱和长沟道模拟设备。

最后，Intel 3PT 工艺适用于人工智能、高性能计算 (HPC) 和通用计算应用。它是Intel 3 工艺的超集，具有其他性能增强功能，例如更窄间距 TSV、混合键合和高电压支持。据该公司称，Inte 3 工艺的性能效率（性能/瓦特）将比英特尔 4 提高 18%，Intel 3PT 的性能效率将提高一到两个百分点，甚至高于 15% 的历史平均水平。

此次性能提升伴随着对三大创新支柱的改变，从而使Intel 3 成为真正的工艺节点飞跃，而不仅仅是子节点的增强。在晶体管设计方面，英特尔改进了晶体管鳍片轮廓，使其更薄，具有更好的接触结构，同时提供Intel 4 工艺的高性能 3×3 鳍片轮廓和 240 单元高度，采用新的 2×2 鳍片配置、单元边界处的宽金属零点和更密集的 210nm 单元高度。

结果是在较低电压和频率下更好地控制晶体管，提高晶体管性能和密度，降低漏电 — 这是提高晶体管性能效率的关键指标。不过，只有使用 210nm 单元库，晶体管密度才能高于Intel 4。其他增强功能包括三个金属层选项（14、18 和 21），带有可选互连堆栈，更高层的更多电源布线，以及 M1-M6 层的电阻和电容的改进。

在制程工艺方面，Intel 3 将使用第二代 EUV 进行更多步骤，以减少整体制程步骤，同时改善设计结构。此外，英特尔还指出了材料技术方面的变化，但由于这被认为是秘密武器，因此没有提供更多细节。

从一个工艺节点到另一个工艺节点，材料的变化有时是一项艰巨的任务，因为在一个工艺节点上工作良好的材料在另一个工艺节点上可能就不适用了。然而，正如 Gelsinger 所言，“[英特尔] 不会休息，直到元素周期表耗尽为止。”

这代表了整整一代的性能改进——短短一年内就取得了巨大的进步。英特尔通过对工艺的几乎每个方面（从晶体管到金属堆栈）进行仔细的优化实现了这一目标。适度的密度增益来自我们开发的一套新的高密度标准单元库。

Intel 3 节点也是英特尔代工厂的第一个前沿工艺节点，旨在为代工客户提供一个长期节点，并通过不断发展技术特性和性能增强，满足广泛的设计和产品应用的需求。

总而言之，Intel 3 技术提供了终极 FinFET 工艺节点系列，并提供了整整一代的性能和比Intel 4 节点高 10% 的密度。Intel 3 节点在 2023 年第四季度达到制造准备就绪状态，目前已为英特尔至强 6 处理器系列进行大批量生产。英特尔正在履行我们一贯执行 5N4Y 计划的承诺，并为我们向 RibbonFET 和埃时代的过渡铺平道路，Intel 20A 和Intel 18A 工艺节点将于明年推出。

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