Intel revela nova tecnologia de processo SuperFin: 10nm, mas quase como 7nm

Como parte do evento Intel Architecture Day 2020, a Intel revelou uma nova versão da tecnologia de processo de 10 nm chamada SuperFin. Como os desenvolvedores prometem, essa tecnologia de processo permite à empresa melhorar qualitativamente os parâmetros de dispositivos semicondutores de 10 nm. O SuperFin é considerado a experiência de otimização de processo mais bem-sucedida da Intel na história da Intel, e o efeito disso pode ser comparado a uma transição real para padrões “mais refinados”.

É claro que por trás dessas afirmações de bravura está uma certa quantidade de autopromoção, projetada para esconder a incapacidade da Intel de mudar para uma tecnologia de processo real de 7 nm em um futuro próximo, que foi adiada até 2022 ou mesmo 2023. No entanto, a nova tecnologia de processo SuperFin de 10nm melhora o desempenho do transistor em 15-20% em relação ao processo básico de 10nm usado para fazer os processadores Ice Lake. E esse progresso é comparável ao efeito obtido por uma melhoria quatro vezes maior na tecnologia de processo de 14 nm dos primeiros processadores Broadwell feitos com essa tecnologia até o mais moderno Cooper Lake (ou seja, até 14 ++++ nm).

A tecnologia 10nm SuperFin será usada pela primeira vez nos processadores móveis da próxima geração Tiger Lake, que já estão em produção em massa e começarão a ser enviados aos clientes antes do feriado de Natal.

Wafer de semicondutor com processadores Intel Tiger Lake

No caso do Tiger Lake, a nova tecnologia de fabricação permite velocidades de clock mais altas com tensões de alimentação mais baixas e melhor eficiência energética, o que resulta em uma frequência de clock e faixa de tensão mais amplas. Espera-se que as frequências de pico para Tiger Lake estejam na região de 5,0 GHz, enquanto os atuais processadores Ice Lake de 10 nm estão atingindo apenas 4,1 GHz.

A tecnologia SuperFin de 10 nm incorpora melhorias no design dos transistores FinFET clássicos, juntamente com mudanças nas interconexões de metal. No nível do transistor, essas melhorias incluem várias coisas. Primeiro, um aumento da tensão na estrutura cristalina do filme epitaxial na fonte e no dreno, o que resulta em uma diminuição da resistência e um aumento na corrente através do canal. Em segundo lugar, a melhoria da estrutura da porta, que permite acelerar o movimento dos portadores de carga através do canal do transistor. E, terceiro, a capacidade de aumentar o passo do gate para melhor escalabilidade de frequência com tensões crescentes.

Quanto às juntas metálicas, prevê-se a utilização de novas variantes de dielétricos de barreira, que possuem uma espessura menor e permitem reduzir a resistência das juntas intercalares em até 30%. Além disso, ao mesmo tempo, um aumento de cinco vezes na resistência capacitiva entre as camadas de metal foi alcançado, o que resulta em uma diminuição na queda de tensão com um aumento no vdroop de corrente e, consequentemente, em uma melhoria geral na estabilidade do dispositivo semicondutor. O novo dielétrico possui uma estrutura de película fina multicamadas e é composto por diversos materiais com alta constante dielétrica do meio, onde cada camada possui uma espessura de vários angstroms. Deve-se observar que a Intel introduziu esse dielétrico pela primeira vez na indústria e, a esse respeito, a tecnologia SuperFin de 10 nm supera todos os processos técnicos disponíveis de outros fabricantes.

No futuro, a Intel planeja realizar outra otimização da tecnologia de processo de 10 nm: a tecnologia de processo subsequente será chamada de SuperFin Avançado de 10 nm. Serão necessários passos adicionais para melhorar o desempenho do transistor e fazer algumas novas melhorias na interconexão. No entanto, ao contrário do processo SuperFin de 10 nm, a próxima versão dessa tecnologia está sendo projetada com foco nos processadores de data center conhecidos hoje como Sapphire Rapids.