요약:
在Hot Chips大会上，英特尔公布了18A-P制程工艺的更多细节。这一工艺引入了环绕式栅极（GAA）晶体管、背面供电（GAA-BSPD）、Power Boost技术，并增加了金属层数，在低电压条件下可为x86"量产"硅片带来高达30%的运行频率提升。
Futurum Research Group与英特尔合作披露了18A-P工艺的具体优势，研究显示该工艺并非18A的简单迭代，而是"刻意"设计用于在低电压下提升能效、在高电压下提升性能。与18A相比，英特尔18A-P在同等功耗下性能提升超过9%，或在同等性能下功耗降低超过18%；该工艺还引入了先进应变工程以增强载流子迁移率，并扩展了RibbonFET产品线，新增了面向AI、移动及数据中心应用的Power Boost技术。
报告中写道："这些创新技术有望为多代产品的单核性能领先奠定基础。FinFET技术的成熟历经了四代器件与设计协同优化的积累。而带有背面供电的GAA技术目前正处于这一发展曲线的第一步——在量产硅片上已实测到低电压下30%的提升，高电压下也达到两位数增幅。Diamond Rapids与Nova Lake将率先享受到18A-P带来的红利，而钌互连与堆叠逻辑等技术仍在后续规划之中。"
GAA 트랜지스터 기술은 저전압 범위에서 가장 많은 이점을 얻을 수 있도록 설계되었습니다. 고전압 측면에서는 Intel의 PowerVia와 같은 후면 전원 공급 장치 기술이 전면 배선 레이어 대신 웨이퍼 후면에서 전력을 유도하여 잠재력을 보여주었습니다. 30%라는 수치는 직접 측정한 결과, 즉 GAA 후면 전원공급장치 공정을 기반으로 제작된 CPU 코어와 전체 작동전압 범위에 걸쳐 동일한 수준의 FinFET 코어를 비교한 결과라고 지적했다. 즉, 0.5V 전압에서 코어 작동 주파수가 30% 높아진다. 이 비교는 동일한 전압 및 코어 수준에서 수행되므로 아키텍처 변경의 영향을 제거하고 공정 기술 자체의 기여도를 별도로 측정할 수 있습니다.
RibbonFET的栅极从四面包裹晶体管通道，使英特尔能够更精确地控制更低的阈值电压。此外，将供电布线移至晶圆背面可减少IR压降，从而降低电压损耗。英特尔研究员Eric Fetzer表示："背面供电这一概念本质上是对高电压供电的一种改进。它在低电压下也有帮助，但在高电压时会出现较大的压降事件，此时背面供电在降低供电损耗方面效果非常显著……将背面供电与环绕式栅极结合并非偶然，这是把两项互补的技术结合在一起，因此我们同时具备了高电压和低电压两方面的优势故事。"
18A 프로세스에서 인텔은 후면 전원 공급 장치 변환 장치 게인이 코어 주파수 향상으로 효과를 입증하여 1.1V에서 5% 주파수 증가, 0.95V에서 7.5% 주파수 증가를 달성했습니다. 또한 18A-P 프로세스는 저전력, 저용량 장치를 위한 W1 및 W1.5, 전기 부하를 늘리지 않고도 작동 속도를 10% 증가시킬 수 있는 Power Boost 기술이 탑재된 고성능 애플리케이션을 위한 W3P 등 다양한 설계 목표에 최적화된 장치 옵션을 추가하여 RibbonFET 제품군을 확장했습니다. 18A와 비교하여 18A-P는 NMOS 장치의 외부 저항을 20%, PMOS 장치의 외부 저항을 12% 줄이면서 정전 용량 조건이 일치하는 경우 더 높은 전류와 더 높은 주파수를 달성합니다.
18A에 도입된 열 관리 혁신을 기반으로 하는 18A-P는 재료 개선과 고급 EDA 기반 열 방출 솔루션을 통해 열 방출 기능을 더욱 향상시킵니다. 18A-P는 접합된 스택의 열전도율을 50% 증가시켜 전체 스택의 열저항을 20~40% 향상시킵니다.
또한 인텔은 기술 로드맵을 확장하기 위해 고급 재료 및 패키징 기술을 평가하고 있습니다. Intel의 VLSI 연구에서 입증된 감산 공정 루테늄 상호 연결 및 에어 갭 구조는 구리 상호 연결에 비해 커패시턴스를 약 35% 줄일 수 있으며 이러한 이점은 미세한 피치에서 더욱 증폭됩니다. 구리 상호 연결은 더 이상 줄일 수 없는 모든 면에서 저항성 장벽 층으로 덮여야 하며 구리 저항은 입자 경계에 의해 지배되는 작은 크기에서 비선형 성장을 나타냅니다. 그러나 루테늄 상호 연결은 동일한 간격에서 여전히 선형 특성을 유지하므로 와이어 저항으로 인해 주파수가 제한되는 시나리오에서 이점을 활용할 수 있습니다. 인텔은 더 먼 미래를 내다보며 z축 방향의 스택 로직 기술을 연구하고 있다. 이는 장거리 평면 라우팅이 아닌 단거리에 수직으로만 신호를 전송하면 되도록 하나의 로직 소자를 다른 로직 소자 위에 쌓아 올리는 기술이다. 이 작업은 고전압 확장 성능과 직접적인 관련이 있습니다.
Diamond Rapids将是采用18A-P工艺的首批主力产品之一。据英特尔透露，相关研发工作实际上从上一代Xeon 6+"Clearwater Forest"就已开始，这使得团队能够将E核在性能功耗比方面的优势延续至Diamond Rapids的P核上。Diamond Rapids最高可配置256核心，是上一代核心数量的两倍，因此需要更强的内存带宽支撑。英特尔将IO模块移至封装中心位置，使每个核心都能获得均匀的内存访问延迟，这对AI规模级别的工作负载至关重要，而18A-P带来的频率提升空间也将直接转化为更高的单核性能。
英特尔研究员Eric Fetzer总结道："这正是你将在Diamond Rapids上看到的效果。一切都从核心底层技术开始。我们借助18A-P的优势同时提升核心数量与核心性能，再通过架构升级为其提供足够的数据供给。"
总体而言，带有背面供电的GAA技术被视为英特尔迈向多代单核性能领先路线图的第一步。这一进程始于18A-P工艺，其在低电压下实现30%的提升，在高电压下实现两位数增幅，且已在量产硅片上得到验证，相关产品包括Diamond Rapids Xeon系列以及计划于明年推出的Nova Lake"Core"系列。
댓글