英特尔18A-P工艺量产硅片实测：0.5V电压下频率提升30%

在Hot Chips大会上，英特尔公布了18A-P制程工艺的更多细节。这一工艺引入了环绕式栅极（GAA）晶体管、背面供电（GAA-BSPD）、Power Boost技术，并增加了金属层数，在低电压条件下可为x86"量产"硅片带来高达30%的运行频率提升。

Futurum Research Group与英特尔合作披露了18A-P工艺的具体优势，研究显示该工艺并非18A的简单迭代，而是"刻意"设计用于在低电压下提升能效、在高电压下提升性能。与18A相比，英特尔18A-P在同等功耗下性能提升超过9%，或在同等性能下功耗降低超过18%；该工艺还引入了先进应变工程以增强载流子迁移率，并扩展了RibbonFET产品线，新增了面向AI、移动及数据中心应用的Power Boost技术。

报告中写道："这些创新技术有望为多代产品的单核性能领先奠定基础。FinFET技术的成熟历经了四代器件与设计协同优化的积累。而带有背面供电的GAA技术目前正处于这一发展曲线的第一步——在量产硅片上已实测到低电压下30%的提升，高电压下也达到两位数增幅。Diamond Rapids与Nova Lake将率先享受到18A-P带来的红利，而钌互连与堆叠逻辑等技术仍在后续规划之中。"

GAA晶体管技术设计上主要在低电压区间获益最大，而在高电压端，英特尔的PowerVia等背面供电技术通过将电力从晶圆背面而非正面布线层中引导，展现出其潜力。研究指出，30%这一数字来自直接测量结果，即基于GAA背面供电工艺制造的CPU核心与同级FinFET核心在整个工作电压范围内的对比：在0.5V电压下，核心运行频率提升了30%。该对比在相同电压、相同核心级别下进行，从而能够剔除架构变化的影响，单独衡量制程工艺本身的贡献。

RibbonFET的栅极从四面包裹晶体管通道，使英特尔能够更精确地控制更低的阈值电压。此外，将供电布线移至晶圆背面可减少IR压降，从而降低电压损耗。英特尔研究员Eric Fetzer表示："背面供电这一概念本质上是对高电压供电的一种改进。它在低电压下也有帮助，但在高电压时会出现较大的压降事件，此时背面供电在降低供电损耗方面效果非常显著……将背面供电与环绕式栅极结合并非偶然，这是把两项互补的技术结合在一起，因此我们同时具备了高电压和低电压两方面的优势故事。"

在18A工艺上，英特尔已经展示了背面供电将器件增益转化为核心频率提升的效果，在1.1V下实现5%的频率提升，在0.95V下实现7.5%的频率提升。此外，18A-P工艺还扩展了RibbonFET产品线，新增了针对不同设计目标优化的器件选项，例如面向低功耗、低电容器件的W1和W1.5，以及面向高性能应用并搭载Power Boost技术的W3P，后者可在不增加电气负载的情况下实现10%的运行速度提升。与18A相比，18A-P还将NMOS器件的外部电阻降低了20%，PMOS器件降低了12%，同时在匹配电容条件下实现了更高的电流与更高的频率。

在18A引入的热管理创新基础上，18A-P通过材料改进与先进的EDA驱动散热方案进一步提升了散热能力。18A-P将键合堆叠的热导率提升了50%，使整体堆叠的热阻改善了20%至40%。

此外，英特尔正在评估先进材料与封装技术，以延伸其技术路线图。在英特尔VLSI研究中展示的减法工艺钌互连搭配气隙结构，相比铜互连可将电容降低约35%，且这一优势在精细间距下会进一步放大——铜互连需要在四面覆盖无法进一步缩小的电阻性阻挡层，且铜的电阻在晶界主导的小尺寸下会呈现非线性增长，而钌互连在同等间距下仍保持线性特性，因此恰好能在导线电阻限制频率的场景中占据优势。展望更远的未来，英特尔正在研究z轴方向的堆叠逻辑技术，即将一种逻辑器件堆叠在另一种之上，使信号只需短距离垂直传输而非长距离平面路由，这项工作被直接与高电压扩展性能相关联。

Diamond Rapids将是采用18A-P工艺的首批主力产品之一。据英特尔透露，相关研发工作实际上从上一代Xeon 6+"Clearwater Forest"就已开始，这使得团队能够将E核在性能功耗比方面的优势延续至Diamond Rapids的P核上。Diamond Rapids最高可配置256核心，是上一代核心数量的两倍，因此需要更强的内存带宽支撑。英特尔将IO模块移至封装中心位置，使每个核心都能获得均匀的内存访问延迟，这对AI规模级别的工作负载至关重要，而18A-P带来的频率提升空间也将直接转化为更高的单核性能。

英特尔研究员Eric Fetzer总结道："这正是你将在Diamond Rapids上看到的效果。一切都从核心底层技术开始。我们借助18A-P的优势同时提升核心数量与核心性能，再通过架构升级为其提供足够的数据供给。"

总体而言，带有背面供电的GAA技术被视为英特尔迈向多代单核性能领先路线图的第一步。这一进程始于18A-P工艺，其在低电压下实现30%的提升，在高电压下实现两位数增幅，且已在量产硅片上得到验证，相关产品包括Diamond Rapids Xeon系列以及计划于明年推出的Nova Lake"Core"系列。