了解英特尔的 18A 先进制程节点及其关键技术

半导体行业，一个由摩尔定律驱动了半个世纪的传奇领域，正悄然步入一个新的十字路口。传统的FinFET晶体管架构已逼近其物理极限，性能提升的边际效益递减，功耗墙问题日益凸出。行业对“摩尔定律已死”的讨论不绝于耳。在这样的背景下，曾经的霸主英特尔在2021年以前所未有的决心，提出了”四年五个节点（5N4Y）”的宏伟蓝图，旨在收复其在芯片制造领域的失地。

这个计划的终极目标，便是Intel 18A制程。它并非一次常规的节点迭代，而是英特尔押上声誉的”王者归来”之作，该工艺将率先应用于即将推出的移动端处理器“Panther Lake”以及数据中心处理器“Clearwater Forest”等产品上。

在近日举行的 2025 年超大规模集成电路技术与电路研讨会上，英特尔详细阐述了其下一代18A工艺节点的技术细节。

与上一代的Intel 3节点相比，18A工艺在性能、功耗和密度（PPA）上均实现了显著提升，这主要归功于两项行业领先的创新技术：RibbonFET（环绕栅极晶体管）和 PowerVia（背面供电技术）。

FinFET的极限：为何我们需要新的晶体管架构？

在深入RibbonFET之前，我们必须理解它所要取代的技术——鳍式场效应晶体管（FinFET）。FinFET通过将晶体管的沟道（Channel）从平面变为立体的”鳍片”，让栅极（Gate）可以从三面包围沟道，从而极大地改善了栅极对电流的控制能力，有效抑制了短沟道效应和漏电流，是22nm节点以来的绝对主力。

然而，当制程迈向3nm及以下时，FinFET也遇到了瓶颈：

1. 静电控制减弱：随着”鳍片”越来越窄，其物理尺寸已无法再有效缩小，栅极三面包裹的控制力开始不足，漏电问题再次变得严峻。

2. 性能提升受限：增加驱动电流（从而提升性能）需要更宽的鳍片，但这又与提升晶体管密度的目标背道而驰。

FinFET架构已不足以支撑半导体产业继续向前演进。行业迫切需要一场晶体管层面的结构性革命。

双剑合璧：RibbonFET与PowerVia的技术突破

Intel 18A的先进性，正是对上述挑战的正面回应。它同时在两个维度上进行了根本性的创新：晶体管本身的设计，以及为晶体管供电的方式。

革命性创新之一：RibbonFET

RibbonFET是英特尔对环栅（Gate-All-Around, GAA）晶体管架构的实现。如果说FinFET是让栅极”三面”包围沟道，那么GAA就是让栅极从”四面”彻底包裹住沟道。

其核心结构从立体的”鳍（Fin）”演变成了堆叠的”纳米片（Nanosheet）”。栅极材料完全包裹在这些纳米片周围，实现了对沟道电流近乎完美的控制。

从 18A RibbonFET 技术开始，英特尔将从 FinFET 技术实现重大飞跃，在栅极静电方面进行改进，与 FinFET 相比，单位面积的有效宽度更大，单位面积的寄生电容更小，并且灵活性也得到提升。

英特尔还通过为 180H 和 160H 库引入多种 Ribbon 宽度，通过 DTCO 优化逻辑功耗/泄漏与性能，以及为 SRAM 优化位单元性能的专用 Ribbon 宽度，提高了 RibbonFET 相对于 FinFET 的设计灵活性，所有这些都增强了在 18A 节点上制造的下一代芯片的性能和设计能力。

RibbonFET带来的优势是根本性的：

• 极致的漏电控制：四面包裹的栅极将漏电流降至最低，为先进制程的更高能效比奠定了基础。

• 可变的通道宽度：通过调整堆叠纳米片的数量和宽度，设计师可以在不牺牲面积的前提下，灵活地为不同任务（例如高性能计算或低功耗移动应用）定制晶体管的性能，这是FinFET无法做到的。

• 更高的晶体管密度：GAA架构本身在垂直方向上的扩展性，为在相同面积内集成更多晶体管提供了可能。

根据英特尔的数据，相比FinFET，RibbonFET能带来高达15%的每瓦性能提升。它代表了晶体管设计从2D到3D，再到更精细化3D形态的演进，是延续摩尔定律的必然选择。

革命性创新之二：PowerVia——为晶体管铺设”供电专线”

如果说RibbonFET解决了晶体管”如何工作”的问题，那么PowerVia则颠覆了”如何供电”的传统模式。

在过去的几十里，为晶体管供电的电源网络和传输数据的信号网络，都挤在芯片的同一侧（正面），共同争抢宝贵的布线资源。随着晶体管数量暴增，这种”混合交通”模式导致了严重的”互连瓶颈”——线路越来越复杂、信号干扰越来越严重、电压降（IR Drop）问题也愈发棘手，限制了芯片整体性能的发挥。

PowerVia开创性地引入了背面供电（Backside Power Delivery）技术。它将电源网络和信号网络彻底分离：

• 芯片正面：专门用于信号互连，线路布局更简洁、高效。

• 芯片背面：专门用于构建供电网络，可以铺设更粗、更直接的供电线路。

这一架构性的变革带来了巨大收益：

• 性能与效率提升：通过优化供电，PowerVia显著降低了电压降，提升了能源效率。英特尔表示，这能带来超过6%的频率提升。

• 简化布线，提高密度：将电源线移至背面，极大地释放了正面的布线空间，使得信号路径更优，同时也让晶体管的布局可以更加紧凑，单元利用率提升5-10%。

• 加速产品开发：简化的布线规则可以缩短芯片的设计周期。

PowerVia是业界首个商用的背面供电技术，是英特尔相较于竞争对手（台积电和三星目前仍在规划类似技术）的”独门秘籍”，使其在2nm节点的竞争中占得了先机。

Intel 18A 关键规格

Intel 18A的推出，并非一蹴而就。它是英特尔”四年五个节点”计划（从Intel 7、Intel 4、Intel 3、Intel 20A到Intel 18A）的收官之作。其中，Intel 20A率先引入了RibbonFET和PowerVia，而18A则是在此基础上的进一步优化和成熟版本，旨在实现大规模量产和性能领先。

这场豪赌的目标直指台积电的N2和三星的2nm GAA工艺。凭借PowerVia这一差异化优势，英特尔有望在性能、功耗和密度（PPA）的关键指标上，于2025年左右重回行业领先地位。

展望未来，Intel 18A之后是Intel 14A，它将采用更先进的High-NA EUV光刻技术，并对RibbonFET和PowerVia进行第二代优化，继续推动芯片微缩的极限。

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