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Intels Aufholjagd

Neue Technologieknoten fürs Foundry-Geschäft

27. Juli 2021, 10:08 Uhr   |  Heinz Arnold

Neue Technologieknoten fürs Foundry-Geschäft
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Der Gate-All-Around-Transistor, den Intel »RibbonFET« nennt, ist Intels erster neuer Transistortyp nach der Einführung des FinFETs.

Intel legt eine neue Roadmap bis 2025 vor, schafft die Nanometer-Bezeichnungen für die Prozessknoten ab und gewinnt Qualcomm und AWS als Foundry-Kunden.

Intel hat nach eigenen Angaben »eine der detailliertesten Prozess- und Advanced-Packaging-Roadmaps« in seiner Geschichte vorgelegt. Sie erstreckt sich bis ins Jahr 2025. Dazu zählt ein neuer Gate-All-Around-Transistortyp, den Intel »RibbonFET« nennt – die erste neue Transistorarchitektur seit zehn Jahren. Außerdem stellt Intel mit »PowerVia« eine neue Verbindungstechnik vor. Für die Fertigung der ICs will Intel die neuste Generation der EUV-Technik (High Numerical Aperture) einsetzen und dazu die erste High-NA-EUV-Maschine kaufen, die ASML produziert. Damit will Intel nach den Worten von CEO Pat Gelsinger bis 2025 wieder die Führungsrolle übernehmen: »Wir werden auf unsere neuen Technologien vom Transistor bis auf die Systemebene setzen und Moore´s Law weiter Geltung verschaffen und sämtliche Elemente des Periodensystems einsetzen, bis keines mehr übrigbleibt, um die volle Magie des Siliziums weiterhin freizusetzen«.

Intel-CEO Pat Gelsinger will künftig die Prozesstechnik nicht mehr in Nanometern angeben, die sowieso kaum mehr etwas mit der Realität zu tun hätten. Leistungfähigkeit pro Watt sei viel aussgekräftiger.
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Intel-CEO Pat Gelsinger will künftig die Prozesstechnik nicht mehr in Nanometern angeben, die sowieso kaum mehr etwas mit der Realität zu tun hätten. Leistungsfähigkeit pro Watt sei viel aussagekräftiger.

Auch auf der Marketingseite gibt es Neuerungen. Weil sich die Bezeichnungen der Prozessknoten schon lange von den aktuellen Gate-Längen der Transistoren auf dem IC entkoppelt hätten, wird Intel künftig ihre Prozesstechnologien erst gar nicht mehr in Nanometern angeben. Der kommende Prozess wird schlicht »Intel 7« heißen und gegenüber dem 10-nm-SuperFin-Prozess, der noch auf den FinFET-Transistoren basiert, eine Verbesserung der Leistungsfähigkeit  pro Watt um 10 bis 15 Prozent bringen. Die Leistungsfähigkeit pro Watt sei das entscheidende Kriterium für eine Prozesstechnik, nicht die recht willkürliche Nanometer-Bezeichnung. Die »Intel 7«-Prozesstechnik wird das Unternehmen beispielsweise für die Fertigung der »Alder Lake«- und »Sapphire Rapids«-Typen (für Rechenzentren) nutzen. »Sapphire Rapids« werden im ersten Quartal 2022 auf den Markt kommen.

Im Rahmen der »Intel 4«-Prozesstechnik wird erstmals die EUV-Lithografie in vollem Umfang zum Einsatz kommen. Die Leistungsfähigkeit pro Watt werde auf dieser Ebene um 20 Prozent verbessert. Ab der zweiten Hälfte 2022 soll der Prozess produktionsreif sein, in der zweiten Hälfte 2023 sollen die ersten Prozessoren ausgeliefert werden, darunter »Meteor Lake« und »Granite Rapids«.

»Intel 3« werde über Verbesserungen der FinFET-Transistoren und der Lithografie die Leistungsfähigkeit pro Watt gegenüber »Intel 4« noch einmal um 18 Prozent steigern. Die Fertigung auf Basis dieses Prozesses nimmt Intel in der zweiten Hälfte 2023 auf.

Ab dann wechselt Intel auf die neuen »RibbonFET«-Transistoren, die über »PowerVia« miteinander verbunden werden, und benennt die Prozesse nun mit einem A hinter der Zahl. Der erste dieser neuen Prozessknoten wird »Intel 20A« heißen. Die neuen Typen erreichen noch höhere Schaltgeschwindigkeit als die FinFETs und liefern denselben Treiberstrom. »PowerVia« versorgt die Transistoren auf der Rückseite der Wafer mit Strom, so dass die Power-Leitungen nicht über die Vorderseite des Wafers geführt werden müssen, wo sie die Signalübertragung stören. Der »Intel 20A«soll 2024 hochgefahren werden. Als Foundry-Kunden konnte Intel bereits Qualcomm gewonnen werden.

»RibbonFET und Power-Via werden nach der Einführung der FinFET-Technik auf der 22-nm-Ebene die nächste bahnbrechende Technologie, die Intel vorstellt«, sagt Dr. Ann Kelleher, Senior Vice President und General Manager des Technology Development von Intel.

Der Nachfolgeprozess »Intel 18A« befindet sich bereits in der Entwicklung und wird laut Intel Anfang 2025 in die Fertigung eingeführt werden. Dazu arbeitet Intel eng mit ASML zusammen, um die jeweils neusten EUV-Generationen für die Fertigung zu nutzen.

Wesentlich für die Verbesserung der Leistungsfähigkeit der Chips entsprechend Moore´s Law ist laut Intel das Avanced Packaging. AWS werde der erste Kunde sein, der die Advanced Packaging-Techniken von Intel Foundry Services (IFS) nutzen werde.

Nach der nun vorgelegten Packaging-Roadmap wird Intel die EMIB-Technik (Embedded Multi-Die Interconnect Bridge) fortentwickeln. Auf EMIB-Basis werde Intel den ersten aus zwei Dies bestehenden Chip aufbauen, der dieselbe Leistungsfähigkeit erreichen werde wie ein einziges monolithisch integriertes Die. Nach dem »Sapphire Rapids« werde der EMIB-Prozess von einem 55-µm-Abstand der Bumps auf 45 µm übergehen.

Der »Meteor Lake« wird mit Hilfe der zweiten Generation der »Foveros«-Wafer-Level-Packaging-Technologie gefertigt werden. Die dazu integrierten Dies fertigt Intel in verschiedenen Prozesstechniken mit einem Bump-Raster von 36 µm. »Foveros Omni« nennt Intel die nächste Generation der »Foveros«-Technik. Mit ihrer Hilfe können in verschiedenen Prozesstechniken gefertigte Dies neben- und übereinander platziert und direkt verbunden werden. 2023 sollen erste Produkte auf Basis von »Foveros Omni« in die Stückzahlfertigung gehen.

»Foveros Direct« erlaubt direktes Kupfer-zu-Kupfer-Bonding für Verbindungen mit möglichst geringem ohmschen Widerstand zu realisieren. Auf dieser Ebene würden laut Intel die Grenzen zwischen den Frontend- und Backend-Prozessen, also zwischen Fertigung auf Wafer-Ebene und dem Packaging verschwimmen. Die Bump-Raster werden unter 10 µm betragen. Das eröffnet laut Intel neue Möglichkeiten für Die-Partitionierung. »Foveros Direct« ergänzt »Foveros Omni« und soll ebenfalls 2023 produktionsreif sein.

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