資料介紹
1. 當(dāng)前CPU上的晶體管已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不是千萬(wàn)級(jí)別的概念,而是數(shù)個(gè)billion。
2. 目前最先進(jìn)的制程工藝是Intel 剛剛公布的14nm工藝,F(xiàn)in Pitch小于 50nm,可以說(shuō)是技術(shù)上的一個(gè)飛躍了。關(guān)于所謂的14nm,實(shí)際只能初略的反映工藝的一個(gè)技術(shù)節(jié)點(diǎn),真正的溝道長(zhǎng)度要比14nm要長(zhǎng)一些。
3. 關(guān)于14nm之后的技術(shù),目前理論預(yù)測(cè)的極限大概在3nm左右。出去開(kāi)會(huì)的時(shí)候和一些工業(yè)界的大牛們有過(guò)一些學(xué)習(xí),據(jù)說(shuō)目前10nm已經(jīng)完成了大規(guī)模生產(chǎn)最初階段的論證,而7nm也基本完成了實(shí)驗(yàn)室階段的研發(fā)。感覺(jué)5nm,甚至是3nm只是時(shí)間上的問(wèn)題。
4. 關(guān)于CPU的生產(chǎn)流程,實(shí)際只包含Intel的工藝是不完整的。目前技術(shù)上有兩大陣營(yíng),一者是Intel為首的Bulk Si FinFET 技術(shù),一者是IBM為首的 SOI Si 技術(shù),兩者技術(shù)各有利弊。
5. 關(guān)于那么多晶體管是怎么弄上去的,實(shí)際最本質(zhì)的還是光刻技術(shù) Photolithography,隨著特征尺寸的縮小,光刻的重要性已經(jīng)上升到無(wú)法上升的地步了,以至于出現(xiàn)了EUV Extreme ultraviolet lithography 和Multiple patterning Multiple patterning 等諸多逆天的技術(shù),光這些技術(shù)都可以說(shuō)上很多文字了。
6. 半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)毋庸置疑是近百年最為激動(dòng)人心的領(lǐng)域,正是這無(wú)數(shù)的晶體管一代又一代的更新變革才有了近些年幾乎爆炸式的IT 技術(shù)進(jìn)步。
7. 之前很難想象那幾十億個(gè)晶體管能幾乎完全一致并且整齊劃一的工作而不出現(xiàn)任何錯(cuò)誤,這本身就是一件非常amazing的事情,其實(shí)在那小小的CPU背后包含了無(wú)數(shù)人幾十年的心血(Intel在美國(guó)的技術(shù)研發(fā)部門有一萬(wàn)多人,其中有8000多PhD,可想而知其中投入的人力物力之大),于是這個(gè)問(wèn)題就不難理解了。
之前因?yàn)榭蒲行枨蟛疬^(guò)一個(gè)CPU。
于是放兩張照片和大家分享。
這是一個(gè)Top-down View 的SEM照片,可以非常清晰的看見(jiàn)CPU內(nèi)部的層狀結(jié)構(gòu),越往下線寬越窄,越靠近器件層。
這是CPU的截面視圖,可以清晰的看到層狀的CPU結(jié)構(gòu),由上到下有大約10層,其中最下層為器件層,即是MOSFET晶體管
拆解的CPU是AMD的產(chǎn)品,AMD作為IBM陣營(yíng)的公司,同Intel不同,其采用的是SOI 襯底技術(shù)。
關(guān)于之前提到的Intel 14nm 技術(shù),在去年的國(guó)際電子器件會(huì)議上(IEDM2014),Intel公布了其的具體的技術(shù)細(xì)節(jié),雖然還是有些語(yǔ)焉不詳,但已經(jīng)能夠比較完整了解其中的一些工藝進(jìn)展。
此為3D FinFET中的Fin結(jié)構(gòu),F(xiàn)in Pitch(兩個(gè)Fin之間的距離)為40nm,這對(duì)于工藝上是很大的挑戰(zhàn)了,同時(shí)對(duì)于提高集成度縮小成本具有非常重要的意義
這是整個(gè)CPU某一區(qū)域的截面TEM圖,很明顯比我那個(gè)粗糙的SEM要清楚太多了。最下層同樣是晶體管
這張圖上顯示了Intel最新采用的Air Gap技術(shù),圖中黑色區(qū)域即是air gap。因?yàn)榭諝獾腒值近乎最低,此舉有利于減小互聯(lián)線之間的寄生電容,減小信號(hào)delay
同時(shí)在IEDM 2014上IBM也公布了SOI陣營(yíng)的14nm技術(shù),相比Intel的技術(shù),IBM要更加fancy和復(fù)雜,估計(jì)成本也要高不少。
和Intel的體硅(Bulk Si)技術(shù)不一樣,IBM采用的是絕緣體上硅(SOI)上的3D晶體管
關(guān)于7nm以后的technology node,其實(shí)工業(yè)界也是莫衷一是,Wiki上認(rèn)為5nm(5 nanometer)將是Moore‘s Law的盡頭,但I(xiàn)ntel也有大牛表示FinFET技術(shù)可以把Moore’s Law 推展至3nm(Moore's Law Dead by 2022, Expert Says, 7nm, 5nm, 3nm: The new materials and transistors that will take us to the limits of Moore’s law).
關(guān)于提到的EUV(極紫外)光刻技術(shù),其采用波長(zhǎng)為13.5nm的紫外光用于光刻,因?yàn)椴ㄩL(zhǎng)遠(yuǎn)小于當(dāng)前使用的193nm光源,因?yàn)楣獾难苌鋷?lái)的精度問(wèn)題將大大減小,但小波長(zhǎng)意味著非常高的能量(正比于光波的頻率,反比于波長(zhǎng)),因此如何得到穩(wěn)定、合適、大功率的光源是一個(gè)極難的問(wèn)題,同時(shí)因?yàn)闃O小的波長(zhǎng),普通用于聚焦的透鏡將無(wú)法使用,只能使用反射式透鏡,這也是一個(gè)極難的問(wèn)題。據(jù)說(shuō)目前TSMC 非常看好此項(xiàng)技術(shù),已經(jīng)入手好幾臺(tái)了,只是Intel仍然按兵不動(dòng),據(jù)說(shuō)還要接著弄multiple patterning。
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