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英特爾 Forksheet晶體管 （來(lái)源：英特爾，下同）B7pesmc

英特爾稱(chēng)，新的晶體管設(shè)計(jì)最終可以實(shí)現(xiàn)3D、垂直堆疊的CMOS架構(gòu)，與當(dāng)今最先進(jìn)的三柵級(jí)設(shè)計(jì)相比，該架構(gòu)允許增加晶體管數(shù)量。然而，進(jìn)一步縮小晶體管的難度如此之大，以至于英特爾的專(zhuān)利也將這些限制描述為“壓倒性的”——成本、風(fēng)險(xiǎn)和復(fù)雜性似乎都超過(guò)了潛在的好處。B7pesmc

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根據(jù)英特爾專(zhuān)利，堆疊叉板晶體管的透視圖B7pesmc

英特爾的專(zhuān)利描述了納米帶晶體管與新的原子薄鍺薄膜配對(duì)的使用，該薄膜充當(dāng)介電壁。該壁用作層之間的物理分隔，用作p-柵極溝槽和n-柵極溝槽之間的絕緣體。它在每個(gè)垂直堆疊的晶體管層中重復(fù)，這取決于有多少晶體管彼此堆疊。這使得P-和NMOS設(shè)備在功能受到影響之前的空間變得更小(與沒(méi)有墻時(shí)它們必須保持的距離相比)，這意味著英特爾可以在更小的區(qū)域內(nèi)容納更多的器件。因此，摩爾定律又能得到延續(xù)。B7pesmc

英特爾早在2019年就已經(jīng)開(kāi)始探索這項(xiàng)技術(shù)——該公司在其電子設(shè)備會(huì)議（IEDM）活動(dòng)中展示了該技術(shù)。然而，無(wú)論是在這項(xiàng)專(zhuān)利還是在電子會(huì)議上，我們都找不到關(guān)于forksheet 技術(shù)如何提高晶體管密度、性能和功率效率的一些“硬估計(jì)”的具體數(shù)據(jù)。B7pesmc

幸運(yùn)的是，英特爾并不是第一家引用這種制造方式的公司，總部位于比利時(shí)的研究集團(tuán)IMEC也在2019年宣布了forksheet設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)單元模擬結(jié)果，而這些forksheet設(shè)備正是英特爾專(zhuān)利的基礎(chǔ)。因此，這兩家機(jī)構(gòu)在納米電子學(xué)領(lǐng)域有著密切而長(zhǎng)久的聯(lián)系也不足為奇。B7pesmc

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堆疊叉板晶體管的平面圖和橫截面圖B7pesmc

根據(jù)IMEC的第一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)單元模擬結(jié)果，當(dāng)應(yīng)用于2nm技術(shù)節(jié)點(diǎn)時(shí)，與傳統(tǒng)的納米片相比該技術(shù)可以顯著提高晶體管密度。在恒定速度下提高 10% 的速度或提高 24% 的能效，同時(shí)減少 20% 以上的電池面積。此外，靜態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器（SRAM）占用（通常構(gòu)成 CPU 的高速緩存并且是芯片面積的最重要貢獻(xiàn)者之一）空間顯著減少了30%。B7pesmc

與臺(tái)積電宣布的3nm節(jié)點(diǎn)相比5nm改進(jìn)了：在相同的功率和晶體管密度下性能提升10%到15%，在相同的時(shí)鐘和復(fù)雜性下最多降低30%的功率，最多70%邏輯密度增益（適用于內(nèi)核）和高達(dá)20%的SRAM密度增益。B7pesmc

但我們需要明白，并不是所有的專(zhuān)利都能夠成為實(shí)際的產(chǎn)品或者制造技術(shù)，它們有時(shí)候是保護(hù)潛在或試探性投資的方法，甚至可以隱喻的暗示競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手在該領(lǐng)域的進(jìn)步。但是，IMEC從2019年已經(jīng)開(kāi)始研究2納米以下節(jié)點(diǎn)，這使人印象深刻，特別是考慮到它在精確的刻蝕分辨率范圍內(nèi)還具有不同的晶體管架構(gòu)。B7pesmc

我們知道，半導(dǎo)體制造規(guī)劃和研究的時(shí)間非常漫長(zhǎng)，英特爾首席執(zhí)行官Pat Gelsinger在 2008 年首次提到10 納米技術(shù)（現(xiàn)在是 intel 7），理由是他看到了“一條清晰的道路”。這種清晰的方式在去年的Alder Lake中才真正體現(xiàn)出來(lái)，這也表明了前沿半導(dǎo)體制造的資本需求。Intel 7可能來(lái)晚了，但Alder Lake打破了超頻的世界紀(jì)錄。B7pesmc

目前尚不清楚英特爾是否會(huì)在2nm工藝中選擇堆疊插板架構(gòu)，或者是否希望更早的獲得其設(shè)計(jì)優(yōu)勢(shì)。但英特爾提交了專(zhuān)利申請(qǐng)，這意味著該項(xiàng)設(shè)計(jì)具有一定的價(jià)值。B7pesmc

在最近英特爾預(yù)計(jì)1000億美元計(jì)劃建造的俄亥俄工廠(chǎng)中（具體可見(jiàn)《英特爾計(jì)劃在俄亥俄州建"全球最大芯片工廠(chǎng)”》），在基爾辛格還在演示文稿中表示，它將在“2nm 及以下”工藝節(jié)點(diǎn)生產(chǎn)先進(jìn)芯片，包括英特爾18A。B7pesmc