英特尔Mark Bohr:拨开迷雾,看清半导体制程节点命名

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作者:马博(Mark Bohr),英特尔高档院士、技能与制作事业部制程架构与集成总监。他于1978年参加英特尔,一向担任内存和微处理器产品的制程技能的制程集成及元件规划。现在引领英特尔7纳米逻辑技能的开发作业。

此外,Mark Bohr仍是电气与电子工程师协会(IEEE)的院士,并荣获2012年IEEE的西泽润一奖和2003年IEEE的安迪 格鲁夫奖。2005年,他被选入美国国家工程学院。他具有集成电路制程范畴的73项专利,并曾编撰或合着49篇揭露宣布的论文。


英特尔高档院士Mark Bohr

英特尔联合创始人戈登 摩尔在半世纪前提出的摩尔规律,是指每代制程工艺都要让芯片上的晶体管数量翻一番。纵观芯片每代立异前史,业界一向遵从这一规律,并按前一代制程工艺缩小约 0.7倍来对新制程节点命名,这种线性微缩意味着晶体管密度翻番。因而,呈现了90纳米、65纳米、45纳米、32纳米 每一代制程节点都能在给定面积上,包容比前一代多一倍的晶体管。

可是最近,或许是因为制程进一步的微缩越来越难,一些公司背离了摩尔规律的规律。即便晶体管密度添加很少,或许底子没有添加,但他们仍持续为制程工艺节点命新名。成果导致这些新的制节点称号底子无法表现坐落摩尔规律曲线的正确方位。

职业亟需一种规范化的晶体管密度方针,以便给客户一个正确的挑选。客户应能够随时比较芯片制作商不同的制程,以及各个芯片制作商的 同代 产品。但半导体制程以及各种规划日益杂乱使规范化更具挑战性。

如果要规范化,有一种简略的计算公式就是用栅极距(栅极宽度再加上晶体管栅极之间的距离)乘以最小金属距(互连线宽度加上线距离),可是这并不包括逻辑单元规划,而逻辑单元规划才会影响真实的晶体管密度。另一种计算公式 栅极距乘以逻辑单元高度 是纠正上述缺失朝着正确方向的一步。可是这两种计算公式,都没有充沛考虑到一些二阶规划规矩。它们都不能真实衡量实践完成的晶体管密度,因为它们都没有企图阐明规划库中不同类型的逻辑单元及这些方针量化相对于上一代的相对密度。职业真实需求的是给定面积(每平方毫米)内的晶体管肯定数量。另一种极点的公式,简略地用一个芯片的总晶体管数除以面积是毫无意义的,因为许多规划决议计划都会对它产生影响 例如缓存巨细和功能方针等要素,都会导致这个值发作巨大变化。

此刻是让我们从头启用从前盛行但一度 失宠 的一个计算公式了,它根据规范逻辑单元的晶体管密度,并包括决议典型规划的多个权重要素。虽然任何规划库中都有许多规范单元的挑选,可是我们能够拿出一个遍及的、十分简略的单元 2输入 NAND单元(4个晶体管),以及一个比较杂乱、但也十分常见的单元:扫描触发器(SFF)。这能够推导出之前被承受的晶体管密度丈量公式。

每个芯片制作商在说到制程节点时,都应发表用这个简略公式所测算出的MTr/mm2 (每平方毫米晶体管数量(单位:百万))单位中逻辑晶体管密度。逆向工程公司可随时验证这个数据。

但还有一个重要的方针也不能疏忽:SRAM单元尺寸。因为不同的芯片中有各种SRAM到逻辑的比率,最好在NAND+SFF密度方针周围,别离标示SRAM单元尺寸。

经过选用这个计算公式,职业能够厘清制程节点命名的紊乱情况,然后聚精会神推进摩尔规律向前开展。

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