Pushkar Ranade, Chris Auth, Jack Kavalieros: 2045 年的计算机芯片会是什么样?
What will computer chips look like in 2045?
Guests: Pushkar Ranade, Chris Auth, Jack Kavalieros, Tyler Osborn, Kevin Fischer
In-depth read · Key ideas, reasoning, and examples, organized by topic.
§01需求冲击,以及冲击底部的那个工具
这一期的框架是供给冲击,而不是技术故事。按一位英特尔高管的估计,AI 需求比最大产能高出四到五成——这是行业从未见过的缺口。正是这个数字,让后面的内容都在讲工厂而不是模型。
这条链条从指数增长的计算需求出发,到必须建起远多前沿产能、并让每颗芯片做更多事的代工厂,再到这些工厂向供应商购买的设备——最著名的就是 ASML 的 EUV 光刻机。没有设备,芯片根本造不出来。Dwarkesh 在英特尔的晶圆厂里转了两天,就是为了把这条链条落到实处,接下来的访谈对象都是管这条链条的人。
§02开发 14A 到底在做什么
Chris Auth 负责所有正在量产中的工艺的开发,给他的问题刻意做得很具体:如果 14A 两三年后要出货,那么从现在到那时会发生什么?他的回答是,三年多的前期工作已经做完,工艺已经接近定稿——设备组合正在确定,大约两千道工序中的每一道都在微调,好让它能每周跑几千片晶圆、并且每次都可重复。
良率是看得见的指标,它由两条缺陷检测通道推动:一条是线上量测,在晶圆流经产线时进行检查;另一条是终端的电学测试或分选,找出失效位置。在 TEM 实验室里对失效点做截面,能确定缺陷位于哪两层之间,从而定位到流程中负责的那一段——那一段的线上数据又告诉你该去追哪些缺陷。Auth 由此得出的战略教训是关于节奏的:一个节点里塞太多创新,工艺会复杂到赶不上客户要的时间表,所以问题永远是“在这条时间线内,能承担多少创新”。
§0310 纳米的教训
这个权衡在英特尔自己的历史里有明确价码。10 纳米节点原定 2016 年,直到 2018 年才开始量产;一向被视为两年一迭代节奏守护者的英特尔,滑了将近四年,市场反应也很剧烈——四个月来最惨的一天,股价跌超百分之十五,而台积电因这条坏消息上涨百分之十三。
Auth 的说法是,10 纳米当时通过所谓“超缩放”追求激进目标:在新设备还没就绪的情况下,发明各种办法让缩放速度快于以往——这给工艺和工程师都压上了沉重负担。那项技术最终达到了世界级的良率、性能和成本,但比期望的晚。被问到什么本该推迟时,他点了 EUV:定义 10 纳米的时候,结论是 EUV 还没准备好。
这个判断的代价是用经验来计的。EUV 用 13.5 纳米的光进行曝光,比上一代短约十四倍,而波长越短,一次曝光能印出的图形越细。台积电 2019 年把 EUV 投入量产,2020 年在 5 纳米上进一步扩用;英特尔第一代 EUV 工艺直到 2023 年才进产品,等于台积电多了大约四年使用这些机器的经验。
§04成熟度指标与阶段闸门
英特尔对 10 纳米的制度化回应,是一套通过“阶段闸门”执行的成熟度指标:一项技术要从探索阶段进入开发阶段,必须跨过良率、缺陷和性能三道门槛,没过关的就推到后面的节点。只有准备好的才会上,因为守住时间表是硬约束。这道闸门,就是把“每个节点限制创新量”这句抽象教训变成实际决策的机制。
§05晶体管为什么要几十年
进度压力撞上的是一条物理与材料的时钟,再急也压不短。现代晶体管源自 1960 年展示的平面 MOS 器件,此后它的历史就是从二维走向三维的过程。晶体管本质是一个开关:栅极坐在源极与漏极之间的硅上方,加正电压会把硅里带负电的电子向上拉,在薄绝缘层下方形成一条导电通道,撤掉电压电子散开、通道消失、开关关断。器件缩小后,源极和漏极靠得太近,即使该关断时电流也能从通道漏过去,解法是让栅极从更多侧面接触通道,握得更紧。
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