英特尔目标将封装中的密度提升10倍以上 并布局非硅基半导体

【TechWeb】12月14日消息，在不懈推进摩尔定律的过程中，英特尔公布了在封装、晶体管和量子物理学方面的关键技术突破，这些突破对推进和加速计算进入下一个十年至关重要。在2021 IEEE 国际电子器件会议（IEDM）上，英特尔概述了其未来技术发展方向，即通过混合键合（hybrid bonding）将在封装中的互连密度提升 10 倍以上，晶体管微缩面积提升 30% 至 50%，在全新的功率器件和内存技术上取得重大突破，基于物理学新概念所衍生的新技术，在未来可能会重新定义计算。

英特尔高级院士兼组件研究部门总经理 Robert Chau 表示：“在英特尔，为持续推进摩尔定律而进行的研究和创新从未止步。英特尔的组件研究团队在 IEDM 2021 上分享了关键的研究突破，这些突破将带来革命性的制程工艺和封装技术，以满足行业和社会对强大计算的无限需求。这是我们最优秀的科学家和工程师们不懈努力的结果，他们将继续站在技术创新的最前沿，不断延续摩尔定律。”

摩尔定律满足了从大型计算机到移动电话等每一代技术的需求，并与计算创新同步前行。如今，随着我们进入一个具有无穷数据和人工智能的计算新时代，这种演变仍在继续。

持续创新是摩尔定律的基石，英特尔的组件研究团队致力于在三个关键领域进行创新：第一，为提供更多晶体管的核心微缩技术；第二，在功率器件和内存增益领域提升硅基半导体性能；第三，探索物理学新概念，以重新定义计算。众多突破摩尔定律昔日壁垒并出现在当前产品中的创新技术，都源自于组件研究团队的研究工作，包括应变硅、高 K- 金属栅极技术、FinFET 晶体管、RibbonFET，以及包括 EMIB 和 Foveros Direct 在内的封装技术创新。

在 IEDM 2021 上披露的突破性进展表明，英特尔正通过对以下三个领域的探索，持续推进摩尔定律，并将其延续至 2025 年及更远的未来。

一、为在未来的产品中提供更多的晶体管，英特尔正针对核心微缩技术进行重点研究：

· 英特尔的研究人员概述了混合键合互连中的设计、制程工艺和组装难题的解决方案，期望能在封装中将互连密度提升 10 倍以上。在今年 7 月的英特尔加速创新：制程工艺和封装技术线上发布会中，英特尔宣布计划推出 Foveros Direct，以实现 10 微米以下的凸点间距，使 3D 堆叠的互连密度提高一个数量级。为了使生态系统能从先进封装中获益，英特尔还呼吁建立新的行业标准和测试程序，让混合键合芯粒（hybrid bonding chiplet）生态系统成为可能。

· 展望其 GAA RibbonFET（Gate-All-Around RibbonFET）技术，英特尔正引领着即将到来的后 FinFET 时代，通过堆叠多个（CMOS）晶体管，实现高达 30% 至 50% 的逻辑微缩提升，通过在每平方毫米上容纳更多晶体管，以继续推进摩尔定律的发展。

· 英特尔同时也在为摩尔定律进入埃米时代铺平道路，其前瞻性的研究展示了英特尔是如何克服传统硅通道限制，用仅有数个原子厚度的新型材料制造晶体管，从而实现在每个芯片上增加数百万晶体管数量。在接下来的十年，实现更强大的计算。

二、英特尔为硅注入新功能：

· 通过在 300 毫米的晶圆上首次集成氮化镓基（GaN-based）功率器件与硅基 CMOS，实现了更高效的电源技术。这为 CPU 提供低损耗、高速电能传输创造了条件，同时也减少了主板组件和空间。

· 另一项进展是利用新型铁电体材料作为下一代嵌入式 DRAM 技术的可行方案。该项业界领先技术可提供更大内存资源和低时延读写能力，用于解决从游戏到人工智能等计算应用所面临的日益复杂的问题。

三、英特尔正致力于大幅提升硅基半导体的量子计算性能，同时也在开发能在室温下进行高效、低功耗计算的新型器件。未来，基于全新物理学概念衍生出的技术将逐步取代传统的 MOSFET 晶体管：

· 在 IEDM 2021上，英特尔展示了全球首例常温磁电自旋轨道（MESO）逻辑器件，这表明未来有可能基于纳米尺度的磁体器件制造出新型晶体管。

· 英特尔和比利时微电子研究中心（IMEC）在自旋电子材料研究方面取得进展，使器件集成研究接近实现自旋电子器件的全面实用化。

· 英特尔还展示了完整的 300 毫米量子比特制程工艺流程。该量子计算工艺不仅可持续微缩，且与 CMOS 制造兼容，这确定了未来研究的方向。