RibbonFET و PowerVia با یکدیگر ترکیب می شوند تا عصر جدیدی را برای تراشه های 18A اینتل ایجاد کنند

RibbonFET 與 PowerVia 雙劍合璧：英特爾 18A 寫下晶片新里程

از آنجایی که رقابت در صنعت نیمه هادی ها شدیدتر می شود، اینتل عزم خود را برای به دست آوردن مجدد رهبری فناوری خود با آخرین فناوری پردازش اینتل 18A نشان داده است. این فرآیند پیشرفته که انتظار میرود در سال 2025 به تولید انبوه برسد، نه تنها اوج طرح "پنج گره فرآیند در چهار سال" اینتل است، بلکه فصل جدیدی را برای عملکرد، چگالی و بهرهوری انرژی تراشه از طریق دو ویژگی مهم فنی باز میکند: ترانزیستورهای منبع تغذیه با گیت کاملا احاطهشده RibbonFET و فناوری PowerVia. چگونه این دو "شمشیر تیز" با هم کار می کنند تا اینتل 18A را به کانون توجه صنعت تبدیل کند؟ بیایید دریابیم!

RibbonFET: تکامل "فول فراگیر" ترانزیستور

ترانزیستورها روح تراشه های نیمه هادی هستند. همانطور که تکنولوژی فرآیند به کوچک شدن ادامه می دهد، معماری سنتی FinFET (ترانزیستور اثر میدان باله) به تدریج به محدودیت های فیزیکی خود نزدیک شده است. مشکلاتی مانند افزایش نشتی، مشکل در اتلاف گرما و کنترل ضعیف جریان، صنعت را بر آن داشته تا به دنبال پیشرفتهایی در نسل بعدی فناوری ترانزیستور باشد. ترانزیستور RibbonFET Gate-All-Around (GAA) اینتل پاسخی به این انقلاب فناوری است و می تواند به عنوان یک جهش بزرگ در معماری ترانزیستور در نظر گرفته شود.

اصول و مزایای فنی

طراحی اصلی RibbonFET این است که گیت را از سه طرف FinFET تکامل می دهد تا کانال ترانزیستور روبانی شکل را کاملاً بپوشاند و یک ساختار سه بعدی "فول فراگیر" را تشکیل دهد. این طراحی توانایی گیت برای کنترل جریان در کانال را تا حد زیادی بهبود می بخشد و جریان را پایدارتر و دقیق تر می کند. به طور خاص، مزایای RibbonFET شامل موارد زیر است:

1. کاهش نشت و بهبود بهره وری انرژی

   
   

   در FinFET های سنتی، با کوچک شدن اندازه ترانزیستور، جریان نشتی به طور فزاینده ای جدی می شود که منجر به افزایش مصرف برق و فشار اتلاف گرما می شود. RibbonFET از یک گیت کاملاً احاطه کننده برای "قفل" محکم جریان در کانال استفاده می کند و نشت را تا حد زیادی کاهش می دهد. طبق آزمایشهای اینتل، این فناوری میتواند در ولتاژهای پایینتر (مثلاً ولتاژ آستانه 0.3 ولت) کار کند و عملکرد بالاتری در هر وات داشته باشد که تأثیر قابل توجهی در صرفهجویی در مصرف انرژی برای دستگاههایی که نیاز به کار طولانی مدت دارند (مانند لپتاپ یا سرورها) دارد.

2. سرعت سوئیچینگ سریعتر، عملکرد انفجاری

   
   

   ساختار کامل بسته بندی به گیت اجازه می دهد تا جریان را با دقت بیشتری کنترل کند، بنابراین سرعت سوئیچینگ ترانزیستور را افزایش می دهد. چه در یک محیط با ولتاژ بالا و چه در محیط کم ولتاژ، RibbonFET می تواند جریان درایو قوی تری را ارائه دهد، به این معنی که پردازنده می تواند وظایف محاسباتی را سریعتر انجام دهد. این یک مزیت بزرگ برای رایانه های شخصی هوش مصنوعی یا محاسبات با عملکرد بالا (HPC) است.

3. صرفه جویی در فضا و انعطاف پذیری طراحی

   
   

   RibbonFET از کانالهای نواری به صورت عمودی استفاده میکند که میتوانند ترانزیستورهای بیشتری را در یک منطقه کوچکتر قرار دهند و در مقایسه با انباشته افقی FinFET به چگالی بالاتری دست یابند. حتی شگفتانگیزتر این است که عرض کانال را میتوان بر اساس نیازهای برنامه تنظیم کرد، به عنوان مثال، برای دستگاههای کم مصرف باریکتر و برای تراشههای با کارایی بالا گستردهتر است. این طراحی انعطاف پذیر به RibbonFET اجازه می دهد تا با انواع سناریوها از تلفن همراه تا سرور سازگار شود.

اثبات محدودیت های تکنولوژی

در نشست بینالمللی دستگاههای الکترونیکی IEEE (IEDM) در پایان سال 2024، اینتل مقیاسپذیری شدید RibbonFET را نشان داد: طول گیت تنها 6 نانومتر و ضخامت کانال به 1.7 نانومتر فشرده شده است. با چنین اندازه کوچک، RibbonFET همچنان کنترل و عملکرد اثر کانال کوتاه پیشرو در صنعت را حفظ می کند و پتانسیل خود را برای کوچک سازی ثابت می کند. این پیشرفت تکنولوژیک نه تنها قانون مور را ادامه می دهد، بلکه امکانات جدیدی را برای طراحی تراشه های آینده باز می کند. برای گیمرها، این بدان معناست که پردازندهها یا پردازندههای گرافیکی آینده نه تنها سریعتر کار میکنند، بلکه از انرژی کمتری نیز استفاده میکنند و مسائل مربوط به اتلاف گرما چندان آزاردهنده نخواهد بود.

PowerVia: انقلابی در منبع تغذیه از "پیتزا" به "ساندویچ"

اگر RibbonFET تکامل ترانزیستورها باشد، فناوری منبع تغذیه پشتی PowerVia یکی دیگر از نوآوری های اصلی اینتل در فرآیند تولید تراشه است. چیپس های سنتی مانند درست کردن پیتزا هستند که تمام اجزای آن - ترانزیستورها، خطوط سیگنال و خطوط برق - در قسمت جلو فشرده شده اند. همانطور که ترانزیستورها کوچکتر و کوچکتر می شوند، سیم کشی متراکم تر و متراکم تر می شود که منجر به تداخل بی پایان سیگنال و مشکلات گلوگاه منبع تغذیه می شود. PowerVia کاملاً این منطق را روی سر خود تغییر می دهد، آن را مانند یک ساندویچ می سازد، خطوط برق را به پشت تراشه منتقل می کند و به قسمت جلویی اجازه می دهد تا روی انتقال سیگنال تمرکز کند.

اصول و مزایای فنی

مفهوم اصلی PowerVia جدا کردن منبع تغذیه از سیگنال است. روش خاص این است که ابتدا ترانزیستورها و لایههای متصل به هم بسازید، سپس ویفر را برگردانید، قسمت پشتی آن را صیقل داد تا ساختار منبع تغذیه زیرین آشکار شود، و از طریق گذرگاههای نانو سیلیکون (nano-TSV) برای اتصال خطوط برق جاسازی شود. این طراحی "منبع تغذیه پشتی" مزایای متعددی را به همراه دارد:

1. منبع تغذیه مستقیم، کاهش مصرف برق و تداخل

   
   

   منبع تغذیه مثبت سنتی مدارهای پیچیده ای دارد و جریان باید مسیر طولانی را طی کند تا به ترانزیستور برسد که به راحتی باعث افت ولتاژ (افت IR) و تداخل سیگنال می شود. PowerVia مسیر منبع تغذیه را فوق العاده مستقیم می کند، از سمت عقب مستقیماً به ترانزیستور می رسد و مقاومت و تداخل را کاهش می دهد. آزمایشهای اینتل نشان میدهد که این فناوری میتواند ولتاژ پلتفرم را تا 30 درصد کاهش دهد و به طور موثر بازده منبع تغذیه را بهبود بخشد و در عین حال مصرف انرژی را کاهش دهد، که به ویژه برای سرورها یا تراشههای هوش مصنوعی که نیاز به عملکرد پایدار دارند، مهم است.

2. میزان استفاده از فضا به طور چشمگیری افزایش یافت و تراکم افزایش یافت

   
   

   با انتقال خط برق به پشت، فضای جلویی آزاد میشود، خطوط سیگنال میتوانند ضخیمتر و صافتر قرار بگیرند، و استفاده از سلول استاندارد در داخل تراشه بیش از 90٪ است. این بدان معنی است که ترانزیستورهای بیشتری را می توان در همان ناحیه بسته بندی کرد و چگالی را تا حد زیادی بهبود می بخشد. در مقایسه با فرآیندهای سنتی، این مانند تمیز کردن اتاق نشیمن است که در ابتدا مملو از شلوغی بود و فضای بیشتری را برای فعالیت در اختیار شما می گذارد.

3. افزایش فرکانس، عملکرد به سطح بعدی

   
   

   PowerVia به دلیل بهبود بهره وری انرژی و یکپارچگی سیگنال افزایش یافته فرکانس 6 درصدی را افزایش می دهد. برای کاربران عمومی، این بدان معنی است که پردازنده می تواند سریعتر کار کند و پاسخگوتر باشد. برای محاسبات با کارایی بالا، به معنای خروجی توان محاسباتی قوی تر است. این بهبود عملکرد همچنین می تواند با ویژگی های سوئیچینگ سریع RibbonFET ترکیب شود تا یک مکمل کامل را تشکیل دهد.

اجرای پیشرو در صنعت

اینتل برای اولین بار فناوری PowerVia را در سال 2023 بر روی تراشه های آزمایشی درجه یک محصول پیاده سازی کرد و اکنون به طور کامل بر روی Intel 18A پیاده سازی شده است. در مقایسه، TSMC انتظار ندارد منبع تغذیه پشتی را تا سال 2026 یا 2027 با فرآیند A16 خود معرفی کند، در حالی که سامسونگ قصد دارد فناوری مشابهی را در فرآیند SF2P خود در سال 2026 پیادهسازی کند. استقرار اولیه اینتل به آن اجازه داده است تا حداقل یک تا دو سال از رقبای خود در زمینه منبع تغذیه پشتیبان پیشتاز باشد و تواناییهای فنی قوی خود را نشان دهد.

Intel 18A: عملکرد، چگالی و بهره وری انرژی سه بار برنده است

با پشتیبانی از دو فناوری بزرگ RibbonFET و PowerVia، می توان گفت که عملکرد Intel 18A در شکوفایی کامل است. طبق داده های رسمی، در مقایسه با فرآیند Intel 3، عملکرد هر وات 18A 15٪ بهبود یافته و تراکم تراشه 30٪ افزایش یافته است. این بدان معناست که پردازندههای آینده میتوانند ترانزیستورهای بیشتری را در یک ناحیه کوچکتر جمع کنند، در حالی که سریعتر کار میکنند و انرژی کمتری مصرف میکنند، و به یک وضعیت برد-برد عملکرد، چگالی و بهرهوری انرژی دست مییابند.

در کاربرد واقعی، اینتل قبلاً از این فناوری در محصولات خود استفاده کرده است. نمونه هایی از دو پردازنده، Panther Lake برای رایانه های شخصی هوش مصنوعی و Clearwater Forest برای سرورها، ارسال شده و با موفقیت راه اندازی شده و سیستم عامل را اجرا می کند. تولید انبوه در سال 2025 انتظار می رود. عملکرد حافظه DDR Panther Lake به فرکانس مورد نظر می رسد و Clearwater Forest با فناوری بسته بندی 3D Direct Foveros ترکیب می شود تا به اولین راه حل با چگالی بالا و عملکرد بالا تبدیل شود. این دستاوردها نه تنها محصولات خود اینتل را رقابتی تر می کند، بلکه توجه مشتریان خارجی را نیز به خود جلب می کند.

یک قدم جلوتر از TSMC؟ کلید اکوسیستم و برنامه تولید انبوه

وقتی صحبت از رقابت به میان می آید، باید با TSMC مقایسه کنیم. انتظار می رود فرآیند N2 TSMC تا پایان سال 2025 وارد تولید انبوه شود و اولین دسته از محصولات تا سال 2026 در دسترس نخواهند بود. 18A اینتل ممکن است در نیمه اول سال 2025 وارد تولید انبوه شود و نزدیک به یک سال پیشروی کند. این اختلاف زمانی یک مزیت بزرگ برای اینتل است، به خصوص در زمانی که تقاضا برای رایانه های شخصی و سرورهای هوش مصنوعی در بازارها در حال انفجار است، کسب مقام اول مطلقاً کلید موفقیت است.

علاوه بر این، اینتل همچنین به طور فعال در حال ایجاد پشتیبانی از اکوسیستم است. سازندگان بزرگ EDA مانند Cadence و Synopsys شروع به پشتیبانی از کیت طراحی Intel 18A (PDK 1.0) کرده اند. بیش از 35 شریک زمینه های طراحی، ابر، و هوافضا و دفاع را پوشش می دهند که به مشتریان اجازه می دهد به راحتی به فرآیند جدید انتقال یابند. در مقایسه، اگرچه TSMC جایگاه پیشرو را در سهم بازار حفظ کرده است، اما حمله همه جانبه اینتل به فناوری و اکوسیستم در واقع جاه طلبی خود را نشان داده است که نمی توان آن را دست کم گرفت.

نتیجه: بازگشت اینتل؟

از کنترل دقیق جریان و طراحی با چگالی بالا RibbonFET تا نوآوری منبع تغذیه و بهینهسازی فضای PowerVia، Intel 18A نه تنها یک پیشرفت تکنولوژیکی است، بلکه امیدوار است اینتل بتواند تجارت ریختهگری خود را احیا کند. ترکیب این دو شمشیر قدرتمند عملکرد تراشه و بهره وری انرژی را به سطح جدیدی رسانده و همچنین نقطه عطف جدیدی را برای اینتل در صنعت نیمه هادی ها رقم زده است. اگرچه اینتل در چند سال گذشته شکست های زیادی را در کسب و کار ریخته گری خود متحمل شده است، پیشرفت 18A مردم را به یک چرخش امیدوار می کند. اگر دریاچه پنتر و جنگل کلیرواتر با موفقیت در سال 2025 با مشتریان بالقوه ای مانند برادکام و حتی NVIDIA که شایعه شده است به تولید انبوه برسند، ممکن است اینتل بتواند برای بازگشت به تاج و تخت هژمونی فناوری به این نبرد تکیه کند.

برای طرفداران فناوری تایوانی، ظهور Intel 18A فقط یک نمایش فناوری نیست، بلکه ممکن است مقدمه ای برای تغییر در بازارهای رایانه های شخصی و سرورهای آینده باشد. آیا برای این انقلاب جدید تراشه آماده هستید؟