网易首页 > 网易号 > 正文 申请入驻

2045年的芯片长什么样?英特尔晶圆厂实录:芯片会长高,每一步新结构都要熬十年

0
分享至

10月23日,知名科技播客主持人Dwarkesh Patel发布最新一期特别节目。他在英特尔的晶圆厂和研究实验室走访两天,与五位技术负责人对话,话题从环绕栅极、背面供电、CFET,一直谈到英特尔与马斯克Terafab项目的合作。

这些对话指向两个判断。2045 年的芯片会继续往三维堆叠的方向长:晶体管、连线、芯片之间的连接都在向上叠,但每种新结构要花约十年消化散热和集成难题,工程师自己对技术路线也只有约四年的能见度。眼前更紧的约束是设备:主持人提到AI算力十年来每年增长3倍,英特尔CTO给出的估算是,现有全球设备大概只够把先进制程晶圆产量翻一倍。


英特尔研发负责人:2045年的芯片会往上长,热量是躲不开的账

芯片靠晶体管运算。晶体管是微型开关,开合对应 1 和 0。给它的栅极加电压,下面的沟道导通;撤掉电压,沟道关闭。


器件缩小后,沟道关不严,电流会漏过去。办法是让栅极从更多侧面管住沟道:平面晶体管只压住上面,FinFET 把沟道立成薄鳍,三面包住,环绕栅极把沟道切成悬空的薄带,每条裹满一圈。

英特尔负责现有量产制程开发的 Chris Auth 说,环绕栅极早在 90 年代就是已知的终点:"环绕栅极真正是最终极的晶体管。"前面的步骤没有跳过,应变硅、高 K 金属栅、FinFET 一路做下来,"你不会在必须做之前就去做"。

下一步是 CFET:电路里的晶体管分 N 型和 P 型,成对出现,今天并排放,CFET 把它们上下叠放,同样面积能多放一倍,代价是层间走线更难、热量更难散。

Chris 认为,到 2045 年结构会更激进。"现在你面对的是一个悬浮在互连之中的晶体管,你就会想:为什么不是晶体管、互连、再来一些晶体管、再来一些互连?"存储芯片已经这么做了,NAND 闪存有了三维结构,他认为 DRAM 迟早也会走到这一步。

散热是最大的限制。他把限制算力的因素归为三件事:开关有多快,开关耗多少电,热怎么散出去。三维器件让热量问题更突出:"这会是一个限制,也将一直是个限制,但这些问题我们能解决。"至于何时落地,他很保守:"我们对技术扩展的能见度大约是四年。走到那四年之后,你觉得还能再做四年。但如果谈十年,就很难说它会是什么样子了。"

晶体管上方还要叠十几层金属连线,把它们接成电路,这一层叫互连,现在用铜。研究实验室的 Jack Kavalieros 等人在探索用钌替代:铜线要先铺一层衬垫才能粘牢,线越细,衬垫占的截面比例越大,钌可以直接刻蚀,不需要衬垫。他们说:"在那些非常细的尺寸上,如果能拿衬垫的电阻去换没有衬垫,钌就开始占优势。"交叉点大约在 20 纳米的间距范围。他们也提醒,上一个节点选了钴,现在又回到铜:"当时领先的选项是钴,现在又是铜,将来也许是钌。"


芯片之间的连接由先进封装技术开发部门总监 Tyler Osborn 讲解。节目旁白先点出矛盾:芯片面积翻倍,边缘长度只翻倍,而芯片之间的数据交换靠边缘进行。AI 运算中,数据搬运的速度往往比运算本身更决定整体快慢。

混合键合是解法之一:跳过焊点,把两颗芯片的铜接口直接对准、压合、加热,让接口连在一起,接点就能排得更密。Tyler 给出一组数字:15 年前一级互连的间距是 130 到 150 微米,今天量产中的 Foveros 做到 25 微米,实验室里已在 10 微米以下,今年 IEEE ECTC 会议上有论文展示了 0.45 微米间距的混合键合器件的可靠性数据。他的评价是:"我看到这里有很长的跑道。"

新结构晚十年才量产,英特尔给创新设了额度

FinFET 1989 年在实验室验证、2011 年量产,环绕栅极 1988 年验证、2022 年才由三星量产,这是节目给出的时间线。中间要把约 2,000 道工序磨合到稳定,每周能在晶圆(切出芯片的圆形硅片)上批量重复,良率(合格芯片的比例)也要达标。

英特尔的教训来自 10 纳米(一代制造工艺,业内称节点)。Chris 回忆,当时缩放速度远超历史水平,又要在没有新工具的情况下完成,"这给流程和工程师带来很大负担"。他认为最该推后的技术是 EUV(极紫外光刻):"当我们开始定义 10 纳米时,结论是 EUV 还没准备好。"EUV 用 13.5 纳米波长的光把电路图案印到晶圆上,波长越短,一次能印出的线条越细。节目旁白交代了结果:10 纳米原定 2016 年,2018 年才开始制造;台积电 2019 年把 EUV 投入量产,英特尔首个 EUV 制程 2023 年才出产品。

英特尔 14A 的外部客户决策正在进行,客户看重的是进度可预期。Chris 总结:"我们学到的是,一个节点里不要做太多创新,因为创新越多,复杂度越高。"英特尔为此设了"阶段门":新技术从探路进入开发,良率、缺陷、性能必须全部达标,达不到就推到下一代。

同样的务实出现在晶圆厂的会议室里。Kevin Fischer 在 Hot Topics 会议上要在信息不全时拍板:"你会学到的一点是,你永远不会有完整的数据集。如果要等完整的数据集,你已经等得太久了,已经太晚了。"他要判断的是"我们要承担多大风险"。

他举的例子是"外延节瘤"。外延是在晶圆表面一层层长出新的晶体,局部长疯就会形成凸起,让相邻部位短路、晶体管失效。团队"高度并行",同时试多个方案,既加清洗工序去掉节瘤,也找源头。最高等级的加急批次叫 HotBox 1,在每台设备上都有优先权,Kevin 说:"把高速公路留出一条拼车道,其他人都让开,只有这一个实验可以跑。"代价是"它拖累整个工厂",所以工厂的人不愿出这张牌。

研究实验室里,新结构先做"短流程"样板:只做几道关键工序,测准了再拼成复杂器件。比如 CFET 先做上下各一条带子的简化版,"可能还不比现在的并排纳米带有优势",但能先验证叠起来之后的接线问题。材料的淘汰同样直接,一种新材料可能因为"粘不上"就被判出局,或者后续工序的气体会改变它的性质,"如果找不到办法控制,对我们来说就是死路"。

英特尔CTO:算力要3倍,设备只够2倍

主持人提到 ASML 每年交付的 EUV 光刻机不到 100 台,要分给英特尔、台积电和 SK 海力士等。英特尔 CTO Pushkar Ranade 承认这是限制,同时说"EUV 或者 ASML 不是唯一的瓶颈"”我们看到所有设备都出现了严重短缺"。一个制程一旦确定,设备就被锁定:"我们不能随便换一台不同的设备来做同一个制程。"他的缓冲办法是节点之间尽量保持设备通用,"从 18A 到 14A,也许 80% 的设备可以复用"。

当主持人问全球设备够不够把先进制程晶圆产量提高到 10 倍,他回答:"10 倍不行,大概 2 倍可以。"主持人指出 AI 行业十年来算力每年增长 3 倍,Pushkar 说,除非整条供应链都多产,否则增不了产出。主持人归纳:"产量可以在 12 个月内增加,但到 2030 年不会比现在预测的高多少。"Pushkar 补充了周期:设备订单"18 个月才能拿到货",那就进入 2028 年,再要新建厂房,"基本上要到这个十年的尾声"。


这背后是代工业的成本结构。Pushkar 说:"一座晶圆厂建成后,大约 80% 的成本是固定的。"线路和车站先花了钱,多一个乘客几乎不增加成本,所以每多一个百分点的利用率,都直接转成收入。他把行业的集中也归到这里:四十年前有二十家代工厂,现在只剩三家。


追赶台积电,他认为要补的是规模:"我们需要追的是规模。"”如果你说的是技术,我认为我们已经到位了,也许在性能、功耗或面积密度上差几个百分点。"面对主持人引用的 SemiAnalysis 对比,他说:"首先,我不认同你的基准测试。"他的标准是准时:可以差几个百分点,"但你必须准时"。

资本开支方面,主持人给出台积电今年约 500 亿美元、英特尔约 200 亿美元(台积电已把 2026 年资本开支上调至 600 亿至 640 亿美元)。Pushkar 认为这个比较不公平,台积电几乎是所有人的代工厂,英特尔大部分是给自己做,随着外部客户增加,开支会上去。

Terafab 是外部压力的一个例子。Pushkar 转述马斯克的想法:"我们要么建 Terafab,要么就没有芯片。"主持人指出,工具是瓶颈,全球硅的总量不会因此增加;Pushkar 回应,电力、水、耗材可以扩,"工具不行"。他还说,建一座晶圆厂的成本每 4 到 5 年翻一番,一台 High-NA 光刻机连同配套设备约 4 亿美元,这条曲线没法无限延伸。他给出一个思想实验:研究型晶圆厂里让人吃汉堡、抽雪茄,看看良率会怎样。他承认没有现有厂商愿意这么做:"这是一个厌恶风险的行业。"

访谈最后,主持人建议英特尔像英伟达锁定内存那样大量承诺采购工具。Pushkar 答:"如果早知道我们今天所知道的,我们会在大约一年前就多投入。知道了现在的情况,我想我们会投入更多。"他还提到出售闪存业务:"显然从后见之明来看,那不是最聪明的时机。"并认为内存的供给缺口比算力更大。

同一台High-NA光刻机,英特尔与台积电算出两本账

High-NA 是 EUV 的升级版,镜头的聚光口径(数值孔径)从 0.33 提高到 0.55,单次曝光能印出的特征尺寸小约 1.7 倍。图案太密时,机器一次印不出来,就要拆成两三遍分别印,每遍都占机器时间,也多一次出缺陷的机会。旁白算了账:一台 EUV 约 2 亿美元,High-NA 约贵一倍,能不能值回来,取决于能少几遍曝光。


Chris 说,两家公司对同一台设备得出不同结论,原因在架构。"我们用背面供电,这意味着你正面的间距要求会放松。"背面供电把粗的电源线迁到晶圆背面,正面只留细信号线,走线空间就宽松了,High-NA 一次能直接印出来。他认为台积电没有背面供电,必须做更紧的间距,High-NA 做不了,只能继续用双重曝光的 EUV。"对他们来说不是很有帮助,对我们则很有帮助。"但这是英特尔一方的说法。


市场此刻关心的是成本。台积电董事长魏哲家 6 月在股东会上称,High-NA 尚未量产的原因纯粹是成本,9 月又有报道称台积电已同意从 2030 年起在量产中使用 High-NA。英特尔把它留作 14A 的选项,Chris 称会跟客户逐个讨论:"它有价值,也有增加的复杂度。"

英特尔如今也替别家公司造芯片(代工),要向客户提供工艺设计套件(PDK),写明这个工艺能造什么、按什么规则造。Chris 承认,英特尔几十年只做自家产品,没有正式的 PDK 流程,"18A 一开始是没有 PDK 的",客户反馈之后才补上,14A 一开始就按这个标准做。

特别声明:以上内容(如有图片或视频亦包括在内)为自媒体平台“网易号”用户上传并发布,本平台仅提供信息存储服务。

Notice: The content above (including the pictures and videos if any) is uploaded and posted by a user of NetEase Hao, which is a social media platform and only provides information storage services.

相关推荐
热点推荐
想扛住车祸就得长这样?澳大利亚公益宣传太炸裂了!

想扛住车祸就得长这样?澳大利亚公益宣传太炸裂了!

品牌新
2026-10-23 09:00:01
5300平方公里大火 烧穿了日本的傲慢

5300平方公里大火 烧穿了日本的傲慢

看看新闻Knews
2026-10-22 23:31:13
国家正研究扩大内需方案!网友:建议落实40小时工作制和年休假

国家正研究扩大内需方案!网友:建议落实40小时工作制和年休假

兴趣知识
2026-10-23 02:05:55
雷霆逆转掘金SGA连续20+场次终结,约基奇穆雷30投7中合取19分

雷霆逆转掘金SGA连续20+场次终结,约基奇穆雷30投7中合取19分

湖人崛起
2026-10-23 12:19:53
问界汽车碰撞起火司机死亡,当地交管称交通灯柱没被撞断,“未撞断”正常吗?交通灯柱是如何设计防撞的?

问界汽车碰撞起火司机死亡,当地交管称交通灯柱没被撞断,“未撞断”正常吗?交通灯柱是如何设计防撞的?

贵重物品爱美食
2026-10-22 21:20:00
奏国歌环节在练高尔夫?特朗普指责詹姆斯不尊重美国:他应当道歉

奏国歌环节在练高尔夫?特朗普指责詹姆斯不尊重美国:他应当道歉

罗说NBA
2026-10-23 05:49:05
1948辽沈战役:曾泽生率领26000将士倒戈,蒋介石下密令要诛杀其妻儿,部下却公然硬刚,让密令沦为废纸

1948辽沈战役:曾泽生率领26000将士倒戈,蒋介石下密令要诛杀其妻儿,部下却公然硬刚,让密令沦为废纸

睡前讲故事
2026-10-10 20:12:07
深追踪丨一场始于教室的抗议,何以演变为法国全国骚乱

深追踪丨一场始于教室的抗议,何以演变为法国全国骚乱

国际在线
2026-10-21 18:14:35
费城新答案剑指MVP!美记赞攻防俱佳无软肋 场均30+5纳斯自豪无比

费城新答案剑指MVP!美记赞攻防俱佳无软肋 场均30+5纳斯自豪无比

颜小白的篮球梦
2026-10-23 10:53:34
13枚金牌的传奇田径名将琼斯去世,享年49岁

13枚金牌的传奇田径名将琼斯去世,享年49岁

晚风知我意21
2026-10-23 00:41:47
中土网民骂战:土耳其网民先掏的课本,最后被一张派大星梗图干沉默了

中土网民骂战:土耳其网民先掏的课本,最后被一张派大星梗图干沉默了

城事堂
2026-10-23 00:05:25
中国女足官宣米利西奇下课!教练团队全走人 亚运会亚洲杯均未夺冠

中国女足官宣米利西奇下课!教练团队全走人 亚运会亚洲杯均未夺冠

风过乡
2026-10-23 09:48:23
雷霆逆转掘金:亚历山大17分历史第一纪录终结 约基奇19中5

雷霆逆转掘金:亚历山大17分历史第一纪录终结 约基奇19中5

醉卧浮生
2026-10-23 12:20:46
能发10篇SCI,看 CT片子却靠“盲猜”!把论文当本事的医学界,该醒醒了!

能发10篇SCI,看 CT片子却靠“盲猜”!把论文当本事的医学界,该醒醒了!

聊斋新志
2026-10-22 17:43:57
牛逼!几乎全是“CBA弃将”,却掀翻总冠军球队,主教练才是36岁

牛逼!几乎全是“CBA弃将”,却掀翻总冠军球队,主教练才是36岁

南海浪花
2026-10-23 07:32:58
从车企实测到用户口碑:从投诉痛点看懂汽车全生命周期

从车企实测到用户口碑:从投诉痛点看懂汽车全生命周期

汽车投诉网
2026-10-23 09:36:34
问界通报M9车速139,网友到事故现场围观:信号灯仅柱子微脏

问界通报M9车速139,网友到事故现场围观:信号灯仅柱子微脏

小星球探索
2026-10-22 13:23:33
马克西32+3+6+2无缘今日最佳球员!因为詹姆斯17+10+5+3创4项纪录

马克西32+3+6+2无缘今日最佳球员!因为詹姆斯17+10+5+3创4项纪录

Tracy的篮球博物馆
2026-10-23 12:30:30
局势升温!454票压倒性通过对华强硬决议,中国须做好最坏准备

局势升温!454票压倒性通过对华强硬决议,中国须做好最坏准备

泠泠说史
2026-10-22 11:10:10
“好好学习吧,令爱的长相走不了这条路!”家长晒艺术照,心态崩了!

“好好学习吧,令爱的长相走不了这条路!”家长晒艺术照,心态崩了!

林林先生
2026-10-21 18:10:25
2026-10-23 12:51:00
华尔街见闻官方 incentive-icons
华尔街见闻官方
中国领先的金融商业信息提供商
153919文章数 2655171关注度
往期回顾 全部

科技要闻

抢运营商饭碗!马斯克又有大动作

头条要闻

特朗普儿子前女友被解雇 曾鼓励助理和有钱男人上床

头条要闻

特朗普儿子前女友被解雇 曾鼓励助理和有钱男人上床

体育要闻

没人看好的加图索,打出队史最佳开局

娱乐要闻

高梓淇向女友求婚,被女方父母接受

财经要闻

娃哈哈集团董事长许思敏离职

汽车要闻

泊车有绝学 新手亦高手 全新第四代博越L泊车篇

态度原创

家居
本地
健康
艺术
公开课

家居要闻

2026建博会(广州) 公装联探展交流活动

本地新闻

一场垂直登高赛跑出了"山城"的真正内核

痘痘能根治吗?皮肤科医生说实话

艺术要闻

中国当代画家 谢郴安油画作品选

公开课

李玫瑾:为什么性格比能力更重要?

无障碍浏览 进入关怀版