技术前沿：“环抱”晶体管与“三明治”布线

在半导体制程技术的前沿，英特尔正稳步推进其“四年五个制程节点”计划，加速实现在2025年推出尖端的制程节点Intel 18A。

今天，我们将介绍英特尔的两项突破性技术：RibbonFET全环绕栅极晶体管和PowerVia背面供电技术。这两项技术首次成功集成于Intel 20A制程节点，也将用于Intel 18A。

RibbonFET：栅极“环抱”晶体管

通过RibbonFET晶体管，英特尔实现了全环绕栅极(GAA)架构。在晶体管中，栅极扮演着关键的开关角色，控制着电流的流动。RibbonFET使得栅极能够全面环绕带状的晶体管沟道，这一创新带来了三大优势：

• 节约空间：晶体管沟道的垂直堆叠，相较于传统的水平堆叠，大幅减少了空间占用，有助于晶体管的进一步微缩;

RibbonFET晶体管与FinFET晶体管(鳍式场效应晶体管)的对比示意图

•性能提升：栅极的全面环绕增强了对电流的控制，无论在何种电压下，都能提供更强的驱动电流，让晶体管开关的速度更快，从而提升晶体管性能;

•灵活设计：晶体管沟道可以根据不同的应用需求进行宽度调整，为芯片设计带来了更高的灵活性。

PowerVia：从“披萨”到“三明治”的转变

PowerVia背面供电技术改变了芯片布线的逻辑。

传统上，计算机芯片的制造过程类似于制作“披萨”，自下而上，先制造晶体管，再构建线路层，同时用于互连和供电。然而，随着晶体管尺寸的不断缩小，线路层变得越来越“拥挤”，复杂的布线成为了性能提升的瓶颈。

英特尔通过PowerVia实现了电源线与互连线的分离。首先制造晶体管，然后添加互连层，最后将晶圆翻转并打磨，以便在晶体管的底层接上电源线。形象地说，这一过程让芯片制造更像是制作“三明治”。

PowerVia革新了晶体管的布线方式

背面供电技术让晶体管的供电路径变得更加直接，有效改善了供电，减少了信号串扰，降低了功耗。测试显示，PowerVia能够将平台电压降低优化30%。

同时，这种新的供电方式还让芯片内部的空间得到了更高效的利用，使得芯片设计公司能够在不牺牲资源的前提下提高晶体管密度，显著提升性能。测试结果表明，采用PowerVia技术可以实现6%的频率增益和超过90%的标准单元利用率。

Intel 20A和Intel 18A的技术演进

半导体技术的创新是一个不断迭代的过程。在Intel 20A制程节点上，英特尔首次成功集成了RibbonFET和PowerVia这两项突破性技术。基于Intel 20A的技术实践，这两项技术将被应用于采用Intel 18A制程节点的首批产品：AI PC客户端处理器Panther Lake和服务器处理器Clearwater Forest。目前，新产品的样片已经出厂、上电并成功启动操作系统，预计将在2025年实现量产。

Intel 18A晶圆

此外，这两项技术也将通过Intel 18A向英特尔代工(Intel Foundry)的客户提供。Intel 18A的缺陷密度已达到D0级别，小于0.40，显示出其在晶圆厂中的生产状况良好，良率表现优秀。今年7月，英特尔还发布了Intel 18A制程设计套件(PDK)的1.0版本，得到了生态系统的积极响应。