AI算力每年增长约3倍,而现有设备最多只能让全球先进晶圆产量约翻倍。这两个数字摆在一起,缺口有多大不用多解释。Dwarkesh Patel 用两天时间参观英特尔晶圆厂,并与英特尔 CTO Pushkar Ranade 及工艺、良率、研发与封装负责人对谈,试图回答一个问题:先进芯片到底怎么从实验室走向量产。
整场对谈以 14A 为主线。这个节点已经开发三年多,单颗芯片要走约两千道工序。良率怎么爬?靠在线量测、末端电性与分选测试,再加截面分析定位缺陷,逐段解决。英特尔 10 纳米延期的教训被反复提起:单节点塞进太多创新,EUV 又没就绪,结果就是拖。此后英特尔建立了一套成熟度指标,按阶段把关,不再一口气把所有新东西压在一个节点上。
晶体管这条路线的方向是确定的:从平面 MOS 到 FinFET,再到全环绕栅极(GAA),然后是 CFET。但确定不等于快。GAA 早在 1988 年就在实验室做出来了,三星直到 2022 年才量产。CFET 把 N 型和 P 型晶体管上下堆叠,能省面积,可散热、深宽比、垂直互联都是新难题。简化版已经在实验室做出,但性能还没超过平面并排方案,量产可能还要十年以上。
光刻环节的判断分歧,很能说明问题。高 NA EUV 把数值孔径从 0.33 提到 0.55,能一次印出更小图形,但一台加配套设备约4 亿美元。英特尔 14A 把背面供电做成可选项,正面布线因此放宽,一次曝光成为可能;台积电没有背面供电,布线更密,仍需多重曝光,所以对同一套设备得出了不同结论。用受访者的话说,技术架构不一样,面对同一套设备结论自然不一样。
封装侧的关键路径是混合键合。互联间距已经从 130–150 微米推进到 25 微米量产、10 微米以下在开发,论文里已展示 0.45 微米的可靠性。裸片对晶圆的方式可以先把良品筛出来再配对,比晶圆对晶圆更适合逻辑芯片互联——后者要求上下裸片尺寸与良率分布严格匹配,随机错配就会损失良品。间距缩小带来的直接好处是带宽上去、每比特功耗下来。材料端也有瓶颈:细线铜撞上衬层限制,间距约 20 纳米以下时,钌这类可刻蚀材料更有优势。
回到产能这道算术题。ASML 的 EUV 年产量不足百台,设备交期约 18 个月,建厂还要更久。晶圆厂约 80% 的成本是固定的,良率和利用率提升带来的是非线性收益。行业从垂直整合转向横向分工,又冒出云厂商和模型公司的虚拟垂直整合。英特尔的办法是用采购承诺锁定设备与产能,并与马斯克的 Terafab 合作加快建厂。受访者的原话很直白:十倍做不到,但两倍左右应该可以;除非整个供应链从设备商到他们的供应商、再往下的供应商全都增产,否则整体产量没法增加。
还有一句值得记下来:在这个行业里,你永远拿不到完整的数据。非要等数据齐全,那就等得太久了,那时候已经太晚。
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