2020年，這家世界級的龍頭廠商——英特爾，成為業界關注的焦點，自英特爾宣布將其7nm工藝制程的時間推遲后，又面臨首席技術工程師離職、被訴侵權技術專利、市場分額被英偉達反超等熱聞。

這對于一家偉大的芯片設計、制造和銷售公司來說無疑是巨大的失敗。最近，英特爾發布的一項新技術震驚業界，此舉大有虎賁龍鑲、飛燕還巢之勢，也讓我們看到了英特爾重登“王座”的希望。

這家擁有世界級影響的“藍色巨獸”，在跨越了一個世紀之久的發展歷程中，也有著諸多跌宕起伏的故事。一切，要從一則影響信息產業近百年的“金科玉律”說起”......

戈登·摩爾與摩爾定律

在IT行業，有一則“神話”般的定律。整個信息產業幾乎都在按照此定律，以指數方式領導著整個經濟發展的步伐。這個定律就是“摩爾定律”，而定律的發現者正是世界頭號CPU生產商Intel公司的創始人之一——戈登·摩爾。

摩爾定律是指，當價格不變時，集成電路上可容納的元器件的數目，約每隔18-24個月增加一倍，性能提升一倍。換言之，每一美元所能買到的電腦性能，將每隔18-24個月翻一倍以上。這一定律揭示了信息技術進步的速度 。

隨著PC在全球范圍內獲得的巨大成功，提供PC核心部件的Intel從一個存儲器制造商成長為一個更加輝煌的芯片制造商。戈登·摩爾正是這場變革和進步的最大推動者和勝利者。

行業的“金科玉律”遭遇瓶頸

相關報道顯示，2004年后，這套幾十年來半導體行業遵循的金科玉律，越來越凸顯其局限性，最突出的表現便是各廠商近年來被用戶吐槽的“擠牙膏”行為。

行業專家曾指出，摩爾定律成就了各種技術變革，讓計算機的底層元件遵從此定律整整50年。然而，近年來業界對摩爾定律的懷疑聲連綿不斷，摩爾定律節奏放緩是不置可否的事實，其變化給半導體產業帶來了諸多不確定性。曾有業界人士斷言到，未來的摩爾定律會愈發衰敗，繼而逐漸消失。

救命稻草——FINFET技術

相關文獻顯示，FinFET是一種稱之為鰭式場效晶體管的互補式金氧半導體晶體管。閘長已可小于25奈米。該項技術的發明人是加州大學伯克利分校的胡正明教授。Fin是魚鰭的意思，FinFET命名根據晶體管的形狀與魚鰭的相似性。

胡正明教授1968年在臺灣國立大學獲電子工程學士學位，1970年和1973年在伯克利大學獲得電子工程與計算機科學碩士和博士學位。現為美國工程院院士。2000年憑借FinFET獲得美國國防部高級研究項目局最杰出技術成就獎。他研究的BSIM模型已成為晶體管模型的唯一國際標準，培養了100多名學生，許多學生已經成為這個領域的大牛，曾獲Berkeley的最高教學獎;于2001~2004年擔任臺積電的CTO。

為了讓摩爾定律延續到更小的器件尺度，學術界和工業界在不同的材料、器件結構和工作原理方面的探索一直在進行中。探索的問題之一是晶體管的閘極設計。隨著器件尺寸越來越小，能否有效的控制晶體管中的電流變得越來越重要。

從亞微米工藝, 到后來的90nm工藝所代表的深亞微米時代，業內一直按照摩爾定律，穩步的發展。在65nm工藝的晶體管中的二氧化硅層已經縮小僅有5個氧原子的厚度了。作為阻隔柵極和下層的絕緣體，二氧化硅層已經不能再進一步縮小了，否則產生的漏電流會讓晶體管無法正常工作。

然而在28nm之后，人們發現，如果繼續采用傳統的Planar結構，摩爾定律難以為繼。

這時候，重要到了必須采用一種新結構的時刻了，繼而目光便放到了這種非常有前途的結構上，也就是現在赫赫有名的FinFET結構。

在FinFET工藝現實之后，英特爾便成為了這項工藝的推廣者并從中獲得巨大收益，一路高歌猛進之后，英特爾的半導體芯片工藝已經達到了世界頂尖級別的存在，但在近幾年，隨著物理極限的逼近和部分商業摩擦，讓英特爾在工藝推進方面出現了頻繁“擠牙膏”的現象。

英特爾遭遇“中年危機”

英特爾在工藝方面的延緩問題，近幾年頻繁發生。相關資料顯示，2014年，英特爾發布Core M系列處理器。采用全新14nm工藝和第二代3D晶體管技術的處理器。2015年第三季度，英特爾發布了采用成熟14nm工藝、Skylake架構的第六代酷睿系列處理器。此后，制程工藝的數字似乎停止了，直到現在，英特爾在主流桌面處理器市場上再也沒有推出過更小數字的工藝。

雷蒙德詹姆斯金融的分析師Chris Caso宣稱“英特爾10nm延期為競爭對手打開了一個窗口，這個窗口可能永遠都不會關閉，很可能意味著英特爾在計算領域主導地位的終結。”一旦這樣的言論成為市場主流，將徹底動搖英特爾在產業界的領先地位和形象，并進一步拖累股價。

2018年，英特爾宣布，10nm工藝良率、頻率表現不夠理想，無法完成大規模商業化生產，并且計劃將10nm工藝拆分成10nm、10nm+和10nm++三代，分別在2019年、2020年、2021年推出。

2019年底，英特爾終于正式發布了10nm制程的移動平臺產品，但2020年上半年英特爾主打的產品依舊采用14nm工藝，并且整個桌面市場和服務器市場都是如此。真正工藝成熟、彰顯高性能的10nm桌面版本處理器產品依舊遙遙無期，有消息稱，英特爾可能在2021年底才會推出10nm+的桌面處理器，到2022年再推出10nm++的版本。

此外，今年7月，英特爾發布消息，曾一度宣稱的7nm工藝遭遇嚴重困難，將延期6~12個月，預計直到2022年下半年或2023年初才會在市場上首次亮相。

屋漏偏逢連夜雨，英特爾被訴侵權

我們知道，最早使用FinFET工藝的是英特爾，他們在22納米的第三代酷睿處理器上使用FinFET工藝，隨后各大半導體廠商也開始轉進到FinFET工藝之中，其中包括了臺積電16nm、10nm、三星14nm、10nm以及格羅方德的14nm。

然而盡管英特爾最早使用了FinFET工藝，但這并不意味著該工藝的相關技術及專利可以任由英特爾隨意使用。近日，國家知識產權局專利復審委員會消息，其審理了201110240931.5(“FinFET專利”)發明專利的無效申請。無效申請的請求人是英特爾(中國)有限公司，而專利權人為中國科學院微電子研究所。

據悉，這是英特爾為應對微電子所2018年發起的專利侵權訴訟而采取的措施。在此之前，英特爾已經先后5次在中美兩地對涉案專利及其美國同族專利發起無效申請，均以失敗告終。微電子所訴稱，英特爾酷睿系列處理器侵犯了其名為“半導體器件結構及其制作方法、及半導體鰭制作方法”的FinFET專利，要求英特爾停止侵權，賠償至少2億元人民幣，并承擔訴訟費用，同時申請法院下達禁令。

或放棄IDM模式

華爾街見聞相關消息，如果7納米工藝制程中存在的缺陷遲遲不能解決，則將考慮將芯片制造業務外包。

英特爾多年以來一直采用IDM模式，IDM是指集芯片設計、芯片制造、芯片封裝、測試到銷售的一條龍式產業鏈模式。目前，世界上采用這種模式的企業主要有：英特爾、三星、德州儀器(TI)。其中，在規模上，英特爾位居榜首，主宰行業至今。

一旦英特爾采用外包模式，那么就意味英特爾苦心經營多年的的IDM模式將付之一炬。

涅槃之緣，英特爾重構版FINFET

英特爾在2020年架構日活動上，正式公布了全新的SuperFin晶體管技術、“混合結合”封裝技術，進一步展示了英特爾半導體工藝上的持續創新。

作為摩爾定律的提出者和踐行者，英特爾一直以來在晶體管技術上不斷變革創新，比如90nm時代的應變硅、45nm時代的高K金屬柵極、22nm時代的FinFET立體晶體管。

即便是飽受爭議的14nm工藝，Intel也在一直不斷改進，通過各種技術的加入，如今的加強版14nm在性能上相比第一代已經提升了超過20%，堪比完全的節點轉換。

SuperFin在技術層面相當復雜的，主要技術特性有：

• 增強源極和漏極上晶體結構的外延長度，從而增加應變并減小電阻，以允許更多電流通過通道。
• 改進柵極工藝，以實現更高的通道遷移率，從而使電荷載流子更快地移動。
• 提供額外的柵極間距選項，可為需要最高性能的芯片功能提供更高的驅動電流。
• 使用新型薄壁阻隔將過孔電阻降低了30%，從而提升了互連性能表現。
• 與行業標準相比，在同等的占位面積內電容增加了5倍，從而減少了電壓下降，顯著提高了產品性能。

結語

筆者認為，關于此次英特爾重構FinFET工藝，或許是與英特爾和中科院的侵權案有關，英特爾對于FINFET工藝的重構，或是為繞開中科院的專利技術，從而繼續將工藝制成向前推進。但筆者在看到SuperFin的工藝提升后，不得不驚嘆，英特爾正充分利用其獨特的優勢，提供標量、矢量、矩陣和空間架構結合的解決方案，廣泛部署于CPU、GPU、加速器和FPGA中。

此次英特爾新工藝帶來的性能提升，可以一掃英特爾多日制程迭代不利消息的陰霾，我們也從中看到了7nm的曙光。但是盡管如此，專利侵權問題依舊要重視起來，以和諧共贏的形式共同發展，求得雙贏。