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Intel正在进一步释放18A制程的潜力

在Hot Chips期间披露的新信息显示,Intel正在生产中的x86 CPU硅片上验证GAA全环绕栅极晶体管与背面供电技术的组合效果。在约0.5V的低工作电压下,相比FinFET方案,CPU核心运行频率最高提升约30%。Diamond Rapids和Nova Lake将成为较早受益于这些技术的产品。

这个30%的数字很亮眼,但需要注意的是,它并不是说Intel 18A-P相比18A整体性能提升30%。

Intel官方给出的18A-P与18A之间的直接对比是:相同功耗下性能提升9%,或者相同性能下功耗降低18%。18A-P目前已经进入风险试产阶段,并保持与18A设计规则兼容,可以继续复用已有IP和设计流程。

低电压下,GAA的优势反而更加明显

这次最值得关注的地方,是30%的频率提升出现在约0.5V的低电压环境。

Intel公布的测试基于采用GAA晶体管和背面供电技术制造的CPU核心,并与FinFET方案进行对比。在相同电压、同类CPU核心条件下,0.5V时运行频率提升约30%。这意味着差异主要来自底层工艺,而不是CPU微架构变化。

通常降低CPU电压可以明显降低功耗,但代价往往是频率下降。GAA晶体管加强了对沟道的控制,使晶体管能够更好地工作在低电压区间。

因此,新工艺带来的价值不只是把CPU的最高频率推得更高,还可能是让CPU在较低电压下维持更高性能。这对于笔记本、AI终端以及强调每瓦性能的数据中心处理器尤其重要。

PowerVia不只是“把供电线路搬到背面”

另一个重要变化来自Intel的PowerVia背面供电技术。

传统芯片的信号线和供电网络都位于晶体管上方,需要争夺有限的布线空间。PowerVia将供电网络转移到晶圆背面,一方面可以释放正面的布线资源,另一方面可以减少供电过程中的IR Drop和电压波动。

Intel公布的数据显示,相比类似的正面互连方案,GAA配合背面供电可以减少约11%的布线面积,并将动态电压下降低约10倍,由此可以带来最高约6%的频率提升,或者超过15%的动态功耗下降。

这意味着,PowerVia的意义已经不只是芯片供电方式发生变化。

当CPU突然进入高负载状态时,电压会出现瞬间下降。电压波动越大,芯片设计时需要留下的安全余量也越大。背面供电让电压更加稳定后,部分安全余量就可以转化为实际的CPU频率和能效。

18A-P继续增加“Power Boost”

Intel还在18A-P中加入了一项名为Power Boost的新技术。

Power Boost采用新的双接触、低电阻晶体管设计,在保持相同电容的情况下提高驱动电流,从而进一步提高运行频率。同时,18A-P还通过应变工程改善PMOS迁移率,并增加不同的RibbonFET晶体管选项,让设计人员可以针对低功耗或高性能进行优化。

Intel还在继续优化互连。

18A-P增加了两层较粗的低电阻金属层,以降低互连RC延迟和布线拥塞。据披露,这项改变可以在1.1V下带来约3%的频率提升,在0.65V下提升约2%,同时降低约2%的功耗。

此外,18A-P通过材料和设计优化,将整体热阻改善20%至40%,过孔电阻降低10%至30%。

这些变化说明,先进制程的性能提升已经越来越难依靠单一的晶体管微缩实现,而需要晶体管、供电、互连、散热和芯片设计共同优化。

Diamond Rapids将率先吃到18A-P红利

这些技术最终会体现在Intel接下来的处理器产品上。

Wccftech报道称,下一代Xeon处理器Diamond Rapids将成为18A-P的主要产品之一。Diamond Rapids最高将拥有256个P-Core,相比上一代核心数量大幅增加,同时Intel将I/O移动到封装中央,让不同CPU核心获得更加均衡的内存访问能力。

对于这样的高核心数服务器CPU而言,18A-P带来的意义不仅是提高单核频率。更好的供电、散热和能效,也有助于在有限的整颗CPU功耗预算下容纳更多核心,并维持更高的每核性能。

Nova Lake同样被认为将较早采用18A-P带来的技术成果。

18A可能只是GAA+背面供电的第一步

更值得关注的是,Intel似乎并不把18A-P视为这套技术路线的终点。

相关研究提出,FinFET经过多代工艺和设计协同优化后,才逐渐释放出完整的性能潜力,而GAA与背面供电目前可能还处于类似发展曲线的早期阶段。

Intel已经在研究下一阶段的技术,包括使用钌替代部分铜互连。其展示的减成法钌互连结合Air Gap,与铜互连相比可以将电容最多降低约35%,目标是解决先进制程下越来越突出的互连瓶颈。

再往后,Intel还展示了45nm栅极间距的单片CFET反相器,将NMOS和PMOS垂直堆叠,希望通过从二维向三维发展继续提高晶体管密度。

从这个角度看,18A-P真正值得关注的并不只是“性能提高了多少”。

过去先进制程主要依赖晶体管不断缩小来获得性能和密度提升。进入GAA时代以后,晶体管结构、背面供电、互连材料、散热乃至垂直堆叠正在同时成为推动CPU继续发展的关键变量。

18A和18A-P,可能只是Intel这条新技术路线的开始。

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