英特尔的Intel 4能对标台积电的4nm吗？

其实早在一个月前，英特尔的Intel 4工艺的情报就被陆续爆料出来了，只不过近日在VLSI22论坛上，其详细情报终于解禁，我们也得以看看英特尔版的7nm（Intel 4），是否能够对标台积电的4nm，还是说像英特尔官方宣称的那样，2024年以后才会夺回半导体制造霸主的地位？
 
英特尔版的7nm水平如何？
 
我们先来看看PPA上的表现，英特尔给出了Intel 7与Intel 4在高性能单元库上的物理参数（见下图）对比，以英特尔惯用的密度计算方式来看，也就是标准单元高度乘以CPP，Intel 4相较Intel 7实现了两倍的提升。

Intel 4高性能库的密度提升 / 英特尔

 
同时在频率上，相较用于Alder Lake的Intel 7工艺，Intel 4提供8VT的选项（4N+4P），在同等功耗下，芯片频率可以做到高出20%以上。当然了，这个频率提升范围是在2GHz到3GHz的低频范围内，3GHz以上的频率提升大约在10%左右，这也是为何Intel 4主要用于Meteor Lake-P这一笔记本CPU平台，至于桌面平台的高频CPU多半不会使用这一工艺。
 
英特尔从去年开始就在大量采购来自ASML的EUV光刻机，其采购频率和规模差不多与台积电相近了。我们都知道EUV光刻机是当下突破摩尔定律的最大功臣之一，但EUV光刻机也为晶圆厂带来了一些额外的福利，比如英特尔就表示，通过使用EUV光刻机，Intel 4简化了工序。

 
DUV光刻机与EUV的工序对比 / ASML

 
每一代工艺突破，比如从16nm到10nm，从10nm到7nm，掩模数量都是在增加的。以台积电为例，14nm和16nm的掩模数量大约为60个，10nm大约为78个，7nm就到了87个，这个趋势下去，5nm的掩模数量肯定会破百，但台积电的5nm在EUV光刻机的帮助下，通过单个EUV掩模替换为多个光学掩模，将掩模数量做到了81个。而英特尔这边得到的结果更加喜人，在首次引入EUV光刻机后，Intel 4的掩模数量相较Intel 7减少了20%，如此一来也将总工序减少了5%。除此之外，Intel 4也与现有的先进封装技术兼容，比如EMIB和FOVEROS。
 
只是Intel 3的过渡？
 
目前已知享受Intel 4工艺的似乎只有Meteor Lake这一移动CPU平台，而原定为Intel 4的Granite Rapids被移去了Intel 3，Sierra Forest也将维持使用Intel 3工艺。以此来看，虽然通过EUV光刻机的在制造工艺内的大量使用，为Intel 4提供了不错的PPA表现，但其本身还是一个过渡工艺。
 
虽然有了高性能库，但却缺少了高密度的单元。比如台积电的7nm节点，就根据单元高度的不同，提供HD和HP这两个高密度和高性能的版本。高密度往往意味着更低的功耗，这也是手机SoC和高能效服务器处理器主要选择的单元库。
 

Meteor Lake / 英特尔

 
这是因为英特尔并没有在这一工艺节点上提供完全的库或IP，在Meteor Lake上，英特尔只要提供高性能的小芯片CPU即可，而图形GFX部分有可能来自台积电，SoC和IO部分则不会使用Intel 4这一工艺节点。
 
所以Intel 4没有全栈I/O，也没有SoC，这也就是为何第六代Xeon处理器Granite Rapids选择了等待Intel 3的原因，因为这类处理器需要高密度单元和更优异的I/O。在介绍Intel 4时，英特尔不断强调了EUV光刻机应用带来的优势，然而这还是只是英特尔全面EUV的初期，Intel 3才是满血的EUV工艺节点，同时也将成为IFS代工服务的首个高性能节点。
 
结语
 
英特尔的半导体工艺在更名前，向来都是隔代对标竞品的，在更名后Intel 4自然对标的也成了台积电和三星的4nm工艺。从已知的参数来看，三星4nm低于150MTr/mm2的晶体管密度自然是比不了英特尔和台积电的，而Intel 4只有高性能库，所以单纯对比晶体管密度的话会有些吃亏，大概在160MTr/mm2左右，还是不如台积电4nm的178MTr/mm2。
 
所以只有未来的Intel 3或许能够达到与台积电N3持平的地步，要谈超越的话，就得等到Intel 20A工艺了。这倒不是说Intel 4这个过渡工艺毫无可圈可点之处，至少在性能和能耗比上有着可观的提升，目前移动端处理器明显才是英特尔CCG业务的销售量大头，所以Intel 4明显是用来走量的，Intel 3才是用来和别家打的。