Аннотация:
在Hot Chips大会上，英特尔公布了18A-P制程工艺的更多细节。这一工艺引入了环绕式栅极（GAA）晶体管、背面供电（GAA-BSPD）、Power Boost技术，并增加了金属层数，在低电压条件下可为x86"量产"硅片带来高达30%的运行频率提升。
Futurum Research Group与英特尔合作披露了18A-P工艺的具体优势，研究显示该工艺并非18A的简单迭代，而是"刻意"设计用于在低电压下提升能效、在高电压下提升性能。与18A相比，英特尔18A-P在同等功耗下性能提升超过9%，或在同等性能下功耗降低超过18%；该工艺还引入了先进应变工程以增强载流子迁移率，并扩展了RibbonFET产品线，新增了面向AI、移动及数据中心应用的Power Boost技术。
报告中写道："这些创新技术有望为多代产品的单核性能领先奠定基础。FinFET技术的成熟历经了四代器件与设计协同优化的积累。而带有背面供电的GAA技术目前正处于这一发展曲线的第一步——在量产硅片上已实测到低电压下30%的提升，高电压下也达到两位数增幅。Diamond Rapids与Nova Lake将率先享受到18A-P带来的红利，而钌互连与堆叠逻辑等技术仍在后续规划之中。"
Транзисторная технология GAA разработана для получения максимальной пользы в диапазоне низких напряжений. В области высоких напряжений технологии заднего источника питания, такие как Intel PowerVia, показали свой потенциал, направляя питание с задней стороны пластины, а не с переднего слоя проводки. В исследовании отмечается, что цифра в 30% получена из результатов прямых измерений, то есть сравнения между ядром ЦП, изготовленным по технологии обратной стороны питания GAA, и ядром FinFET того же уровня во всем диапазоне рабочих напряжений: при напряжении 0,5 В рабочая частота ядра увеличивается на 30%. Это сравнение проводится на одном и том же уровне напряжения и ядра, чтобы можно было исключить влияние архитектурных изменений и измерить вклад самого технологического процесса отдельно.
RibbonFET的栅极从四面包裹晶体管通道，使英特尔能够更精确地控制更低的阈值电压。此外，将供电布线移至晶圆背面可减少IR压降，从而降低电压损耗。英特尔研究员Eric Fetzer表示："背面供电这一概念本质上是对高电压供电的一种改进。它在低电压下也有帮助，但在高电压时会出现较大的压降事件，此时背面供电在降低供电损耗方面效果非常显著……将背面供电与环绕式栅极结合并非偶然，这是把两项互补的技术结合在一起，因此我们同时具备了高电压和低电压两方面的优势故事。"
В процессе 18 А компания Intel продемонстрировала эффект преобразования коэффициента усиления устройства на задней стороне источника питания в повышение частоты ядра, добившись увеличения частоты на 5 % при напряжении 1,1 В и увеличения частоты на 7,5 % при 0,95 В. Кроме того, процесс 18A-P расширил линейку продуктов RibbonFET, добавив варианты устройств, оптимизированные для различных целей проектирования, такие как W1 и W1.5 для маломощных устройств с низкой емкостью и W3P для высокопроизводительных приложений, оснащенных технологией Power Boost, которая может обеспечить увеличение рабочей скорости на 10% без увеличения электрической нагрузки. По сравнению с 18A, 18A-P также снижает внешнее сопротивление устройств NMOS на 20% и устройств PMOS на 12%, обеспечивая при этом более высокий ток и более высокую частоту в условиях согласования емкости.
Основываясь на инновации в области управления температурным режимом, представленной в 18A, 18A-P еще больше улучшает возможности рассеивания тепла за счет улучшения материалов и передовых решений по рассеиванию тепла на основе EDA. 18A-P увеличивает теплопроводность склеенной стопы на 50 %, улучшая термическое сопротивление всей стопки на 20–40 %.
Кроме того, Intel оценивает передовые материалы и технологии упаковки, чтобы расширить свой технологический план. Субтрактивный процесс соединения рутения и структура воздушного зазора, продемонстрированная в исследовании Intel СБИС, могут снизить емкость примерно на 35% по сравнению с медным межсоединением, и это преимущество будет еще больше усиливаться при малых шагах - медные межсоединения должны быть покрыты резистивными барьерными слоями со всех сторон, которые не могут быть дополнительно уменьшены, а сопротивление меди будет демонстрировать нелинейный рост при малых размерах, в которых преобладают границы зерен. Однако межсоединения из рутения по-прежнему сохраняют линейные характеристики на одном и том же расстоянии, поэтому их можно использовать в сценариях, где сопротивление провода ограничивает частоту. Заглядывая в будущее, Intel изучает технологию многоуровневой логики в направлении оси Z, при которой одно логическое устройство размещается поверх другого, так что сигналы необходимо передавать только вертикально на короткие расстояния, а не планарную маршрутизацию на большие расстояния. Эта работа напрямую связана с производительностью высоковольтного расширения.
Diamond Rapids将是采用18A-P工艺的首批主力产品之一。据英特尔透露，相关研发工作实际上从上一代Xeon 6+"Clearwater Forest"就已开始，这使得团队能够将E核在性能功耗比方面的优势延续至Diamond Rapids的P核上。Diamond Rapids最高可配置256核心，是上一代核心数量的两倍，因此需要更强的内存带宽支撑。英特尔将IO模块移至封装中心位置，使每个核心都能获得均匀的内存访问延迟，这对AI规模级别的工作负载至关重要，而18A-P带来的频率提升空间也将直接转化为更高的单核性能。
英特尔研究员Eric Fetzer总结道："这正是你将在Diamond Rapids上看到的效果。一切都从核心底层技术开始。我们借助18A-P的优势同时提升核心数量与核心性能，再通过架构升级为其提供足够的数据供给。"
总体而言，带有背面供电的GAA技术被视为英特尔迈向多代单核性能领先路线图的第一步。这一进程始于18A-P工艺，其在低电压下实现30%的提升，在高电压下实现两位数增幅，且已在量产硅片上得到验证，相关产品包括Diamond Rapids Xeon系列以及计划于明年推出的Nova Lake"Core"系列。
Комментарии