備戰 GAA 架構、連接密度一年內增長 10 倍，Intel 在 IEDM 2022 大會上展示多種新材料的研究與應用

在今年的 IEDM 2022 IEEE 國際電子設備大會上，Intel 展示了未來處理器的技術路線，確認將在 Intel 20A 製程轉入 GAA 架構，也就是在去年宣布的 RibbonFET 技術，今年官方繼續接露這一年研究成果。

Intel 在未來的晶片設計上將會利用 Chinplet 小晶片技術來實現 3D 晶片堆疊，而為了克服小晶片堆疊時的通道頻寬問題，Intel 使用新的材料來縮減晶片接點的間距和密度，相比去年 2021 年每個接點的間距為 10um，今年成功縮小到了 3um，同時因為間距的縮短，在相同單位面積下的接點數量能夠增加 10 倍，讓電力和訊號的傳輸效率媲美傳統單層晶片設計。

20221205 intelIEDM 02 — ▲Intel半導體設計的演進圖，預計將在Intel 20A製程時轉進GAA架構

20221205 intelIEDM 03 — ▲為了3D封裝，Intel研發出更為薄型的2D材料來進行堆疊

20221205 intelIEDM 04 — ▲相比去年發表會，Intel成功讓小晶片的銜接觸點從10un降到3um，連帶讓密度提升10倍

為了 GAA 架構的立體堆疊設計，Intel 開發了全新的通道材料，該材料是一種名為 HfO₂ 的特製氧化物，本身沒有矽的元素在其中，且厚度僅有 3 個原子高度，Intel 將用它的超薄特性連進行電晶體內部之間的連接。

20221205 intelIEDM 05 — ▲HfO₂的厚度僅有3個原子高度，Intel將用它取代矽元素，做為電晶體內部的銜接材料

而在外部的部分，Intel 將會使用 MoS₂ (二硫化鉬) 來做為下一世代的銜接材料，這個材料有著比矽還要更好的低漏電特性，Intel 將會使用 MoS₂ 來改善電晶體內部的銜接，以此來增進傳導效率，從而增進效能。

20221205 intelIEDM 06 — ▲電晶體外部的連接也是效能的關鍵，Intel將會使用MoS₂來做為銜接材質

在電晶體之外，Intel 還有還開發了 3D 堆疊的鐵質暫存記憶體 (FeRAM)，主要目的是用於晶片內部的記憶體使用，推測應該是讓處理器能夠獲得更大的快取。

20221205 intelIEDM 07 — ▲Intel開發可3D堆疊的體質暫存記憶體，預計會用於做為晶片內的快取使用

另外，Intel 也踏入氮化鎵 (GaN) 的領域，將發展 300mm 直徑的矽上氮化鎵晶圓，號稱電流傳輸效率能夠比一般的氮化鎵晶片高出 20 倍。

20221205 intelIEDM 08 — ▲Intel也踏入氮化鎵的版圖，預計生產300mm尺寸的矽上氮化鎵晶圓，號稱在電流效率上是一般氮化鎵的20倍

最後，Intel 長期被詬病在功耗放飛自我的問題，本次大會上官方也用新式材料做出回應，發表了一種名為 LBFO (BiFeO3) 的材料，有著能在低電壓環境下迅速切換磁性的特性，僅需 150mv 的電壓就能驅動，並在最快 2 奈秒的時間完成轉換，省電且高速開關的特性，Intel 認為 LBFO 將會是晶片和記憶體的一大關鍵材料。