Chi tiết Intel Công nghệ quy trình 18A - Đưa TSMC 2NM với mức tăng mật độ 30% và hiệu suất thế hệ nhanh hơn 25%

Intel đã công bố một tài liệu về quy trình sản xuất 18A 1.8nm tại hội nghị VLSI 2025, tổng hợp tất cả thông tin về công nghệ sản xuất trong một văn bản duy nhất. Node sản xuất 18A mới dự kiến sẽ cải thiện đáng kể về hiệu suất, công suất và diện tích so với thế hệ trước, tăng mật độ lên 30%, cải thiện hiệu suất 25% hoặc giảm tiêu thụ điện năng 36%.

18A sẽ là công nghệ quy trình đầu tiên của Intel trong nhiều năm có thể cạnh tranh trực tiếp với công nghệ tiên tiến của TSMC khi cả hai cùng bắt đầu sản xuất hàng loạt vào nửa cuối năm nay. Quy trình 18A được thiết kế cho nhiều loại sản phẩm trong cả ứng dụng máy tính cá nhân và trung tâm dữ liệu, với sản phẩm đầu tiên sử dụng công nghệ này là CPU Panther Lake, sẽ được công bố chính thức sau đó trong năm nay.

Để phục vụ cho các ứng dụng khác nhau, Intel 18A có hai thư viện: HP (hiệu suất cao) với chiều cao ô 180nm và HD (mật độ cao) với chiều cao ô 160nm cho các ứng dụng tiêu thụ điện năng thấp. So sánh hiệu năng của 18A với các phiên bản trước, Intel 3 và Intel 4 cho thấy: công suất 36 tại 1.1V - 38 tại 0.75V, hiệu suất 18 tại 0.75V - 25 tại 1.1V, và mật độ tăng 1.3 lần so với kích thước ô SRAM.

Intel cho biết công nghệ chế tạo 18A của họ cải thiện hiệu suất lên 25% so với Intel 3, mà không làm tăng điện áp hay độ phức tạp của mạch khi chạy một khối con Arm điển hình, sử dụng thư viện 180CH HD ở mức 1.1. Công nghệ này sẽ được áp dụng từ giữa năm 2024 đến nửa cuối năm 2025.

Điện áp 1V giúp giảm tiêu thụ năng lượng xuống 36% so với thiết kế tương tự trên Intel 3. Ở điện áp giảm 0.75V, 18A mang lại tốc độ tăng 18% và tiết kiệm 38% năng lượng. Hơn nữa, thiết kế trên 18A chiếm diện tích nhỏ hơn khoảng 28% so với Intel 3. Công nghệ sản xuất 18A của Intel hứa hẹn hiệu suất cao hơn, tiêu thụ điện năng thấp hơn và mật độ cao hơn. Cập nhật lộ trình Intel Foundry có biến thể 18A-PT cho phép xếp chồng chip 3D và kích hoạt quy trình 14A. Tuy nhiên, cần lưu ý rằng so sánh điện áp giữa Intel 3 và 18A có một số điểm cần cân nhắc.

Loại trước hỗ trợ các mức điện áp 0.6V, 0.75V, 1.1V và 1.3V, rất phù hợp cho thiết bị trung tâm dữ liệu, vì nó cần tăng tốc độ xung nhịp cao trên nhiều lõi khi yêu cầu hiệu suất tối đa và sau đó hạ xuống trạng thái tiết kiệm năng lượng. Trong khi đó, 18A hỗ trợ 0.4V, 0.75V và 1.1V, tốt cho máy tính cá nhân và CPU trung tâm dữ liệu, nhưng có thể không lý tưởng cho các bộ vi xử lý cần tốc độ xung nhịp tối đa.

Tuy nhiên, những lợi thế khác của quy trình 18A của Intel có thể bù đắp cho việc thiếu hỗ trợ 1.3V cho hầu hết các ứng dụng. Về phần SRAM, quy trình 18A của Intel bao gồm một ô bit SRAM có mật độ cao với kích thước 0.021 µm², tương đương với mật độ SRAM khoảng 31.8 Mbmm². Đây là một cải tiến lớn so với ô bit 0.024 µm² được sử dụng trong Intel 4, giúp Intel 18A ngang bằng với các nút N5 và N3E của TSMC về mật độ SRAM.

Quá trình N2 sắp tới của TSMC sẽ giảm kích thước ô bộ nhớ xuống khoảng 0.0175 µm² và đạt mật độ cao khoảng 38 Mb/mm².

Công nghệ 18A của Intel dựa vào transistor RibbonFET thế hệ thứ hai với cấu trúc gate-all-around (GAA) và mạng cung cấp điện PowerVia ở mặt sau (BSPDN). Chúng tôi sẽ xem xét cách Intel thực hiện các transistor GAA và BSPDN. Trong các transistor GAA, gate hoàn toàn bao quanh kênh, cung cấp kiểm soát điện tĩnh vượt trội so với FinFET, chỉ bao quanh ba mặt.

Kiến trúc này cho phép kỹ sư điều chỉnh đặc tính thiết bị để đạt hiệu suất cao hoặc tiêu thụ điện năng thấp bằng cách thay đổi chiều rộng kênh hiệu quả tổng Weff. Điều này thường được thực hiện bằng cách thay đổi số lượng và chiều rộng của các lớp nanosheet. Nhiều lớp và lớp rộng hơn có thể tăng cường dòng điện và hiệu suất nhưng tiêu tốn nhiều năng lượng, trong khi ít lớp hoặc lớp hẹp hơn sẽ giảm cả hiệu suất lẫn tiêu thụ năng lượng.

Transistor RibbonFET 18A của Intel có bốn nanoribbon và hỗ trợ tám mức điện áp logic khác nhau (VTs) — bốn cho NMOS và bốn cho PMOS — trong khoảng 180mV. Mức độ tinh chỉnh VT này đạt được thông qua phương pháp điều chỉnh chức năng công việc dựa trên dipole, cho phép kiểm soát chính xác hành vi của transistor mà không làm thay đổi kích thước vật lý của nó. Phương pháp này đặc biệt quan trọng trong các cấu trúc transistor GAA như RibbonFET, nơi các phương pháp truyền thống như điều chỉnh doping bị hạn chế.

Một biểu đồ của Intel từ bài báo cho thấy, mặc dù có khoảng VT rộng, các transistor vẫn thể hiện các đặc tính điện mạnh mẽ, bao gồm độ dốc dưới ngưỡng lớn và dòng điện điều khiển ổn định trên cả hai đường cong Id–Vg và Id–Vd. Kết quả này xác nhận rằng Intel đã duy trì hiệu suất và kiểm soát thiết bị tốt trên toàn bộ phổ VT, cho phép lựa chọn thiết kế mạch linh hoạt, cân bằng giữa tần số, công suất và rò rỉ.

Nguồn: www.tomshardware.com/tech-industry/semiconductors/intel-details-18a-process-technology-boosts-performance-by-25-percent-or-lowers-power-consumption-by-36-percent