RibbonFETとPowerViaの組み合わせにより、Intel 18Aチップの新時代が到来

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

半導体業界の競争が激化する中、インテルは最新のインテル 18A プロセス技術で技術的リーダーシップを取り戻す決意を示しました。 2025年に量産開始が見込まれるこの先進的なプロセスは、Intelの「4年間で5つのプロセスノード」計画の頂点を極めるものであるだけでなく、RibbonFET完全囲みゲートトランジスタとPowerViaバックサイド電源技術という2つの主要な技術的ハイライトを通じて、チップのパフォーマンス、密度、エネルギー効率の新たな章を開きます。これら 2 つの「鋭い剣」がどのように連携して、Intel 18A を業界の注目を集める存在にしているのでしょうか?調べてみましょう！

RibbonFET: トランジスタの「フルサラウンド」進化

トランジスタは半導体チップの魂です。プロセス技術が縮小し続けるにつれて、従来の FinFET (フィン電界効果トランジスタ) アーキテクチャは徐々に物理的な限界に近づいてきました。リーク電流の増加、放熱の難しさ、電流制御の悪さなどの問題により、業界では次世代のトランジスタ技術のブレークスルーを模索するようになりました。 Intel の RibbonFET Gate-All-Around (GAA) トランジスタは、この技術革命に対する答えであり、トランジスタ アーキテクチャにおける大きな飛躍と見なすことができます。

技術原理と利点

RibbonFET のコア設計は、FinFET の 3 つの側面からゲートを展開してリボン状のトランジスタ チャネルを完全に覆い、3 次元の「フル サラウンド」構造を形成することです。この設計により、ゲートのチャネル内の電流を制御する能力が大幅に向上し、電流の流れがより安定して正確になります。具体的には、RibbonFET の利点は次のとおりです。

1. 漏れを減らし、エネルギー効率を向上

   
   

   従来の FinFET では、トランジスタのサイズが縮小するにつれて、リーク電流がますます深刻になり、消費電力と放熱圧力が増加します。 RibbonFET は、完全に囲まれたゲートを使用してチャネル内の電流をしっかりと「ロック」し、漏れを大幅に削減します。 Intel のテストによると、このテクノロジはより低い電圧 (たとえば、しきい値電圧 0.3V まで) で動作し、ワットあたりのパフォーマンスが向上するため、長時間動作が必要なデバイス (ラップトップやサーバーなど) に大きな省電力効果をもたらします。

2. より高速なスイッチング速度、爆発的なパフォーマンス

   
   

   フルラップ構造により、ゲートは電流をより正確に制御できるようになり、トランジスタのスイッチング速度が向上します。高電圧環境でも低電圧環境でも、RibbonFET はより強力な駆動電流を提供できるため、プロセッサはコンピューティング タスクをより速く完了できます。これは、AI PC や高性能コンピューティング (HPC) にとって大きなプラスとなります。

3. 省スペースと設計の柔軟性

   
   

   RibbonFET は垂直に積み重ねられたストリップ チャネルを使用します。これにより、FinFET の水平積み重ねに比べて、より小さな領域に多くのトランジスタを配置でき、より高い密度を実現できます。さらに驚くべきことは、チャネル幅をアプリケーションの要件に応じて調整できることです。たとえば、低電力デバイスの場合は狭く、高性能チップの場合は広くすることができます。この柔軟な設計により、RibbonFET は携帯電話からサーバーまでさまざまなシナリオに適応できます。

テクノロジーの限界の証明

2024年末のIEEE国際電子デバイス会議（IEDM）で、IntelはRibbonFETの極めて優れたスケーラビリティを実証しました。ゲート長はわずか6ナノメートル、チャネル厚は1.7ナノメートルに圧縮されています。 RibbonFET は、このように小さいサイズでありながら、業界をリードする短チャネル効果の制御とパフォーマンスを維持し、小型化の可能性を証明しています。この技術的進歩は、ムーアの法則を継続するだけでなく、将来のチップ設計に新たな可能性をもたらします。ゲーマーにとって、これは将来の CPU や GPU がより高速に動作するだけでなく、消費電力も少なくなり、放熱の問題もそれほど煩わしくなくなることを意味します。

PowerVia: 「ピザ」から「サンドイッチ」への電源革命

RibbonFET がトランジスタの進化であるならば、PowerVia 背面電源技術はチップ製造プロセスにおける Intel のもう一つの大きな革新です。従来のチップはピザを作るようなもので、トランジスタ、信号線、電源線などすべてのコンポーネントが前面に押し出されています。トランジスタがますます小型化するにつれて、配線はますます密になり、信号干渉や電源ボトルネックの問題が際限なく発生します。 PowerVia はこのロジックを完全に反転し、サンドイッチのようにして、電源ラインをチップの背面に移動し、前面で信号伝送に集中できるようにします。

技術原理と利点

PowerVia のコアコンセプトは、電源と信号を分離することです。具体的な方法は、まずトランジスタと相互接続層を製造し、次にウェハを反転して裏面を研磨し、下にある電源構造を露出させ、ナノシリコン貫通ビア（ナノTSV）を埋め込んで電源ラインを接続するというものです。この「バック電源」設計には、次のような複数の利点があります。

1. 直接電源供給により、消費電力と干渉を低減

   
   

   従来の正電源は回路が複雑で、電流がトランジスタに到達するまでに長い迂回経路をたどる必要があるため、電圧降下 (IR ドロップ) や信号クロストークが発生しやすくなります。 PowerVia は、電源パスを背面からトランジスタまで直接超直接的にし、抵抗と干渉を低減します。インテルのテストでは、この技術によりプラットフォームの電圧が 30% 削減され、電源効率が効果的に向上し、消費電力が削減されることが示されています。これは、安定した動作が求められるサーバーや AI チップにとって特に重要です。

2. スペース利用率が劇的に向上し、密度が増加

   
   

   電源ラインを背面に移動することで前面のスペースが解放され、信号ラインをより太く滑らかにレイアウトできるようになり、チップ内の標準セル使用率は 90% を超えます。つまり、より多くのトランジスタを同じ領域に詰め込むことができ、密度が大幅に向上します。従来のプロセスと比較すると、これはもともと雑然としていたリビングルームを片付けて、活動のためのスペースを増やすようなものです。

3. 周波数の増加、パフォーマンスを次のレベルへ

   
   

   PowerVia は、電力効率の向上と信号整合性の強化により、周波数を 6% 向上させます。一般ユーザーにとって、これはプロセッサがより高速に動作し、応答性が向上することを意味します。高性能コンピューティングの場合、より強力なコンピューティングパワー出力を意味します。このパフォーマンスの向上は、RibbonFET の高速スイッチング特性と組み合わせることで、完璧な補完関係を形成することもできます。

業界をリードする実装

Intel は、2023 年に早くも製品グレードのテスト チップに PowerVia テクノロジーを初めて実装し、現在は Intel 18A にさらに完全に実装されています。比較すると、TSMCはA16プロセスで2026年または2027年までバックサイド電源を導入しないと予想しているが、サムスンは2026年にSF2Pプロセスで同様の技術を実装する予定です。インテルは早期導入により、バックエンド電源の分野で競合他社を少なくとも1〜2年リードすることができ、その強力な技術力を証明しました。

Intel 18A: パフォーマンス、密度、エネルギー効率が3つ揃って勝利

RibbonFETとPowerViaという2大技術のサポートにより、Intel 18Aのパフォーマンスは開花したと言えるでしょう。公式データによると、Intel 3プロセスと比較して、18Aのワットあたりの性能は15％向上し、チップ密度は30％増加しています。これは、将来のプロセッサがより多くのトランジスタをより小さな領域に詰め込み、より高速に動作し、より少ない電力で動作し、パフォーマンス、密度、エネルギー効率のすべてにおいて有利な状況を実現できることを意味します。

実際の応用では、Intel はすでにこの技術を自社製品に使用しています。 AI PC 用の Panther Lake とサーバー用の Clearwater Forest という 2 つのプロセッサのサンプルが出荷され、正常に起動してオペレーティング システムを実行しました。 2025年に量産開始予定。Panther LakeのDDRメモリ性能が目標周波数に到達し、Clearwater ForestとFoveros Direct 3Dパッケージング技術を組み合わせることで、業界初の高密度、高性能ソリューションとなる。これらの成果は、インテル自身の製品の競争力を高めるだけでなく、外部の顧客の注目を集めることにもつながります。

TSMCより一歩先を行く？エコシステムと量産スケジュールの鍵

競争に関しては、TSMCと比較する必要があります。 TSMCのN2プロセスは2025年末までに量産に入ると予想されており、最初の製品バッチは2026年まで入手できない。Intelの18Aは早ければ2025年前半に量産に入る可能性があり、ほぼ1年先行している。この時間差はインテルにとって大きな利点であり、特にAI PCやサーバー市場の需要が爆発的に増加している時期に、トップの地位を獲得できることは間違いなく成功の鍵となる。

さらに、Intel はエコシステム サポートの構築も積極的に行っています。 Cadence や Synopsys などの大手 EDA メーカーは、Intel 18A のデザイン キット (PDK 1.0) のサポートを開始しています。 35 社を超えるパートナーが設計、クラウド、航空宇宙および防衛の分野をカバーしており、顧客が新しいプロセスにスムーズに移行できるようにします。比較すると、TSMC は市場リーダーとしての地位をしっかりと確立しているものの、テクノロジーとエコシステムに対する Intel の全面的な攻撃は、確かに過小評価できない野心を示しています。

結論：インテルの復活か？

RibbonFET の精密な電流制御と高密度設計から PowerVia の電源革新とスペース最適化まで、Intel 18A は技術的なブレークスルーであるだけでなく、ファウンドリ事業を復活させたいという Intel の希望でもあります。これら 2 つの強力な剣の組み合わせにより、チップのパフォーマンスとエネルギー効率が新たなレベルに到達し、半導体業界における Intel の新たなマイルストーンも達成されました。インテルは過去数年間、ファウンドリ事業で多くの挫折を経験してきたが、18Aの進歩は状況を好転させることができる可能性を示している。パンサーレイクとクリアウォーターフォレストが2025年に量産化に成功すれば、ブロードコムや噂のNVIDIAなどの潜在的顧客と相まって、インテルはこの戦いに頼って技術覇権の座に返り咲くことができるかもしれない。

台湾のテクノロジーファンにとって、Intel 18A の台頭は単なるテクノロジーショーではなく、将来の PC およびサーバー市場の再編の前兆となる可能性もあります。この新しいチップ革命の準備はできていますか?