在IEDM 2022,英特爾的組件研究團(tuán)隊(duì)展示了其在三個(gè)關(guān)鍵領(lǐng)域的創(chuàng)新進(jìn)展,以實(shí)現(xiàn)摩爾定律的延續(xù):新的3D混合鍵合(hybrid bonding)封裝技術(shù),無(wú)縫集成芯粒;超薄2D材料,可在單個(gè)芯片上集成更多晶體管;能效和存儲(chǔ)的新可能,以實(shí)現(xiàn)更高性能的計(jì)算。
英特爾組件研究團(tuán)隊(duì)所研發(fā)的新材料和工藝模糊了封裝和芯片制造之間的界限。英特爾展示了將摩爾定律推進(jìn)到在單個(gè)封裝中集成一萬(wàn)億個(gè)晶體管的關(guān)鍵步驟,包括可將互聯(lián)密度再提升10倍的先進(jìn)封裝技術(shù),實(shí)現(xiàn)了準(zhǔn)單片(quasi-monolithic)芯片。英特爾還通過(guò)材料創(chuàng)新找到了可行的設(shè)計(jì)選擇,使用厚度僅三個(gè)原子的新型材料,從而超越RibbonFET,推動(dòng)晶體管尺寸的進(jìn)一步縮小。
英特爾通過(guò)下一代3D封裝技術(shù)實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)單片芯片:
- 與IEDM 2021上公布的成果相比,英特爾在IEDM 2022上展示的最新混合鍵合研究將功率密度和性能又提升了10倍。
- 通過(guò)混合鍵合技術(shù)將互連間距繼續(xù)微縮到3微米,英特爾實(shí)現(xiàn)了與單片式系統(tǒng)級(jí)芯片(system-on-chip)連接相似的互連密度和帶寬。
英特爾探索通過(guò)超薄“2D”材料,在單個(gè)芯片上集成更多晶體管:
- 英特爾展示了一種全環(huán)繞柵極堆疊式納米片結(jié)構(gòu),使用了厚度僅三個(gè)原子的2D通道材料,同時(shí)在室溫下實(shí)現(xiàn)了近似理想的低漏電流雙柵極結(jié)構(gòu)晶體管開(kāi)關(guān)。這是堆疊GAA晶體管和超越硅材料的固有限制所需的兩項(xiàng)關(guān)鍵性突破。
- 研究人員還展示了對(duì)2D材料的電接觸拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)(electrical contact topologies)的首次全面分析,為打造高性能、可擴(kuò)展的晶體管通道進(jìn)一步鋪平道路。
為了實(shí)現(xiàn)更高性能的計(jì)算,英特爾帶來(lái)了能效和存儲(chǔ)的新可能:
- 通過(guò)開(kāi)發(fā)可垂直放置在晶體管上方的存儲(chǔ)器,英特爾重新定義了微縮技術(shù),從而更有效地利用芯片面積。英特爾在業(yè)內(nèi)率先展示了性能可媲美傳統(tǒng)鐵電溝槽電容器(ferroelectric trench capacitors)的堆疊型鐵電電容器(stacked ferroelectric capacitors),可用于在邏輯芯片上構(gòu)建鐵電存儲(chǔ)器(FeRAM)。
- 業(yè)界首創(chuàng)的器件級(jí)模型,可定位鐵電氧化器件(ferroelectric hafnia devices)的混合相位和缺陷,標(biāo)志著英特爾在支持行業(yè)工具以開(kāi)發(fā)新型存儲(chǔ)器和鐵電晶體管方面取得了重大進(jìn)展。
- 英特爾正在為打造300毫米硅基氮化鎵晶圓(GaN-on-silicon wafers)開(kāi)辟一條可行的路徑,從而讓世界離超越5G和電源能效問(wèn)題的解決更進(jìn)一步。英特爾在這一領(lǐng)域所取得的突破,實(shí)現(xiàn)了比行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)高20倍的增益,并在高性能供電指標(biāo)上打破了行業(yè)記錄。
- 英特爾正在超高能效技術(shù)上取得突破,特別是在斷電情況下也能保留數(shù)據(jù)的晶體管。對(duì)于三個(gè)阻礙該技術(shù)在室溫下完全實(shí)現(xiàn)并投入使用的障礙,英特爾的研究人員已經(jīng)解決其中兩個(gè)。
英特爾繼續(xù)引入新的物理學(xué)概念,制造用于量子計(jì)算的性能更強(qiáng)的量子位:
- 英特爾的研究人員加深了對(duì)各種界面缺陷(interface defects)的認(rèn)識(shí),這些缺陷可能會(huì)成為影響量子數(shù)據(jù)的環(huán)境干擾(environmental disturbances),從而找到了儲(chǔ)存量子信息的更好方法。