Ångström-Ära mit RibbonFets und PowerVias

Mit "Intel 20A" wechselt die Bezeichnung von Nanometer auf Ångström, denn 2 nm sind 20 Å. Bei diesem Node plant Intel, ab 2024 mit den RibbonFets erstmals GAA-Tranistoren (Gate All Around) einzuführen und mit den PowerVias die interne Spannungsversorgung in den multiplen Schichten eines Chips wortwörtlich auf den Kopf zu stellen.

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Bei FinFets wird der Channel - also der Übergang von Source zu Drain - von drei Seiten vom Gate umfasst. Bei GAA-Fets wird er aus Nanosheets geformt, welche das Gate komplett umschließen. Das verbessert den Elektronenfluss zugunsten der Schaltgewindigkeit, zugleich sinkt der Flächenbedarf für die Fins.

Intel spricht von RibbonFets und Ribbonsheets, bei Samsung wird die Implementierung beim 3GAP-Node als MBCFET (Multi-Bridge-Channel-Fet) bezeichnet. Zuletzt hatte auch IBM einen Chip mit 2-nm-GAA-Transistoren gezeigt, der mit 333 Millionen Transistoren pro mm² eine enorm hohe Packdichte aufweist.

Stromversorgung über die Rückseite

Ungewöhnlich ist Intels Ansatz der PowerVias, welche mit dem bisherigen Aufbau eines Chips brechen: Üblicherweise werden die FinFet/RibbonFets durch mehrere Metall Layer miteinander verschaltet und mit Energie versorgt, ein Prozessor weist daher oft ein Dutzend solcher Schichten auf. Mit den PowerVias entkoppelt Intel die Daten- von den Stromleitungen, wobei Letztere von der Rückseite her aufgebracht werden.

  • Aus 10 nm Enhanced Super Fin wird Intel 7 - gefolgt von Intel 4, Intel 3 und Intel 20A. (Bild: Intel)
  • Bei Intel 7 steigt die Leistung pro Watt an. (Bild: Intel)
  • Erste Designs damit sind Alder Lake und Sapphire Rapids. (Bild: Intel)
  • Bei Intel 4 alias 7 nm kommt erstmals EUV zum Einsatz. (Bild: Intel)
  • Intel nutzt den Node für Meteor Lake und Granite Rapids (Bild: Intel)
  • Intel 3 nutzt mehr EUV-Layer und weitere Verbesserungen. (Bild: Intel)
  • Mit 20A erfolgt der Wechsel auf eine Angström-Bezeichnung. (Bild: Intel)
  • Intel setzt auf GAA-Transistoren und eine rückseitige Stromversorgung. (Bild: Intel)
  • Links klassische FinFets,rechts RibbonFets als GAA-Transistoren (Bild: Intel)
  • Symbolische Darstellung - links ohne, rechts mit PowerVias. (Bild: Intel)
  • Mit den Packaging-Varianten Foveros Omni/Direct lassen sich vielfältige Chiplets verbinden. (Bild: Intel)
  • Foveros Omni eignet sich für unterschiedliche Dies ... (Bild: Intel)
  • ... und Foveros Direct für solche mit identischer Fertigung. (Bild: Intel)
  • Mit Qualcomm und AWS gibt es zwei neue Kunden für die Intel Foundry Services. (Bild: Intel)
Intel setzt auf GAA-Transistoren und eine rückseitige Stromversorgung. (Bild: Intel)
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Während GAA-Transistoren klassisch die PPA-Metrik (Performance, Power, Area) verbessern, sollen die PowerVias das Signal-Routing für weniger Interferenzen optimieren und dabei Spannungsabfälle (IR Droop) sowie Rauschen (Noise) verringern. Wie Intel die Chips mit dem Package verbindet, wenn beide Seiten kontaktiert werden müssen, verriet der Hersteller nicht und auch zur Kühlung gab es keinen Kommentar. Für "Intel 20A" gibt es bereits einen Abnehmer außer Intel selbst: Qualcomm will künftig SoCs von den Intel Foundry Services (IFS) damit fertigen lassen.

Frühestens 2025 soll dann "Intel 18A" starten, hier erfolgt der Wechsel auf die High-NA-Belichtung. Die numerische Apertur liegt hier bei höheren 0.55 statt 0.33 für eine feinere Auflösung, hierzu wird ein anamorphes Linsen-Array verwendet. Dadurch halbiert sich das Masken/Reticle-Limit, weshalb der Fokus auf Chiplets liegt oder mit einem sogenannten Stocker via Mask-Stitching ein Die quasi in zwei Stücken belichtet wird.

AWS greift zu

Bei den 3D-Packaging-Techniken nimmt Intel mit Foveros Omni und Foveros Direct künftig eine Trennung vor: Die Omni-Version eignet sich primär, um Chiplets - die in unterschiedlichen Nodes gefertigt sein können - zu verbinden; etwa eine GPU mit HBM-Speicher. Das Direct-Pendant mit Kupfer-zu-Kupfer-Kontakt ist für Dies mit identischer Fertigung ausgelegt, etwa um wie bei TSMCs Chip-on-Wafer (CoW) eine CPU mit SRAM zu koppeln.

Foveros Omni/Direct sollen ab 2023 für eigene Produkte wie Meteor Lake genutzt werden, aber auch AWS (Amazon Web Services) steht als Kunde für Intels Packaging-Methode auf der Liste.

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 Halbleiterfertigung: Aus 10 nm wird "Intel 7"
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mxcd 27. Jul 2021 / Themenstart

Die resultierenden geringeren Spannungen und die geringere Abwärme bei gleicher Leistung...

mxcd 27. Jul 2021 / Themenstart

Ich weiss nicht, weswegen die Baudichte, die Geschwindigkeit und die Modellbezeichnung...

Eheran 27. Jul 2021 / Themenstart

Die illegale Geschäftspraxis von Intel mit Milliardenstrafe hast du nicht mitbekommen...

ms (Golem.de) 27. Jul 2021 / Themenstart

Das mit dem Athlon steht übrigens im Text ;-)

dangi12012 27. Jul 2021 / Themenstart

Intel hat Kapital und bestimmt gute Leute. Nachdem die letzten 3 Jahre eher katastrophal...

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