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Intel与IBM决战14纳米FinFET

2014年10月24日 ?? 收藏0
业界主要的半导体制造商与晶圆代工厂一直在努力打造足以与英特尔(Intel)竞争的 3D FinFET ,试图挑战这个多年来一直由英特尔主导的领域。而长久以来能与英特尔相抗衡的也只有IBM了,不过,该公司最近刚签署一项协议,将旗下晶圆厂拱手卖给 GlobalFoundries (据The Envisioneering Group研究总监Rick Doherty指出,GlobalFoundries才刚取得三星 FinFET 制程技术授权)。此外,台积电(TSMC)、AMD、飞思卡尔(Freescale)以及其他公司也宣称紧随英特尔与IBM的脚步,但尚未经证实。

在此背景下,即将于12月15-17日在美国旧金山举行的“IEEE国际电子元件会议”(IEDM)上针对 14nm FinFET 设计展开的“决战技术”(dueling technologies)议程,看来即将成为一场激烈的技术论战。“IEEE采用决战技术一词正恰如其份”,Doherty表示,“参与IEDM的工程师们将会对于IBM与英特尔的惊人技术进展感到赞叹。”

相较于前一代技术制程,英特尔14nm FinFET在电晶体闸极、矽鳍与互连尺寸方面均大幅缩减三分之一以上。见下图。

英特尔14nm FinFET在电晶体闸极、矽鳍与互连尺寸方面均大幅缩减三分之一以上
英特尔14nm FinFET在电晶体闸极、矽鳍与互连尺寸方面均大幅缩减三分之一以上

Envisioneering认为,即将在IEDM上披露的IBM FinFET 技术细节倾向于支援已经整合于GlobalFoundaries 14nm制程的三星/GlobalFoundaries FinFET 技术。

“GlobalFoundaries 将在IEDM上强调IBM晶片技术所具有的高密度记忆体、可扩展的功率预算以及600mm2的SoC等优势,”Doherty指出,“而且还可能提供给更广大GlobalFoundaries客户。然而,这些技术是否会在三星的晶圆厂打造或成为GlobalFoundaries的其他FinFET替代技术,目前仍不得而知。”

IBM的3D FinFET架构以FD-SOI技术为基础,不仅保留SOI优于平面技术的优点,还具备结构隔离、无掺杂、低功耗与低电压作业的特性,据称可实现更简单的制程。见下图。

IBM的3D FinFET架构以FD-SOI技术为基础
IBM的3D FinFET架构以FD-SOI技术为基础

但无论是哪一种方式,Doherty表示,目前在此看来最大的赢家就是GlobalFoundaries和英特尔的客户。

“在 IEDM上,系统与晶片架构师将分别为其确定最佳的应用与市场。英特尔显然正积极地致力于其最新的 FinFET设计,”Doherty表示,“而GlobalFoundaries所拥有的两种 FinFET 技术选择对于寻求客制化解决方案的SoC、行动与高性能用户来说,可能更具有吸引力。”

IBM和英特尔两家公司的 FinFET 技术最大差异就在于:英特尔一如往常地采取传统的块状矽晶途径开发其 FinFET 设计,并使其保持较竞争对手领先2-4年的优势。自2011年以来,英特尔已经为其22nm Ivy Bridge 以及其后的 Haswell 微架构处理器采用 FinFET 技术进行量产制造了。最近,该公司还宣布成功地移植该技术至旗下最新 Core M 系列核心的14nm Broadwell 微架构。

另一方面,IBM所采取的开发途径则使用更昂贵的 SOI 基板,据称这种方式能够简化制程,实现更低电压作业以及更低功耗的晶片。

FinFET 元件是专为减轻短通道闸枥电晶体漏电流效应而设计的,并已经证明无论是在采用或未采用SOI的情况下均可采用。透过包覆围绕矽鳍通道周围的闸极,就能够完全或近乎完全地耗尽通道,以避免漏电流导致晶片过热。

根据IEDM,英特尔将揭示其制程机密,包括其掺杂技术可避免矽鳍下漏电流,以及保持非常低的掺杂矽鳍,从而减缓变化;以及其使用两级80-160nm最小间距的气隙绝缘互连,使电容延迟减少17%;在低k电介质中嵌入8层52nm间距互连;以及一款具有0.588平方微米气泡的140Mb嵌入式SRAM记忆体。

完全饱和的驱动电流明显比英特尔22nm第一代FinFET更高(NOMS改善了15%,并针对PMOS电晶体改善了41%。根据IEDM,英特尔还将讨论如何实现如此高长宽比的矩形矽鳍(高42nm而宽仅8nm)。英特尔的所有电晶体均能以0.7V的供电电压作业。

IBM的14nm FinFET技术

IBM则将介绍其打造 14nm FinFET 的 SOI 途径,强调其绝缘基板的价值在于减少了隔离元件的制程步骤。其最新的14nm FinFET 比平面型22nm电晶体更快35%,而且只需使用0.8V的电压作业。

IBM将展示号称是世界上最小以及最密集的 DRAM 单元,仅占用0.0174mm2大小。据IEDM表示,IBM还将介绍其独特双功函数制程,利用NMOS与PMOS的电晶体阈值电压最佳化,从而实现了高速与低功耗,而不至于造成通道的迁移率退化。

IBM还将烗耀其15级铜互连技术,它可在600mm2的复杂SoC上进行功率与时脉分配,以实现视讯游戏机到企业资料中心等各种应用。

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英特尔? IBM?

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