לא רק להקטין: איך מפיקים יותר ביצועים מאותו שטח סיליקון

3 ספטמבר, 2026

אנופאמה בואונדר, מנהלת בכירה לפיתוח טכנולוגיית הטרנזיסטורים Intel 18A באינטל פאונדרי, מסבירה כיצד שיפורים בטרנזיסטור, בחיווט ובפיזור החום מאפשרים להגדיל ביצועים בלא לבצע מזעור נוסף

בתמונה למעלה: מפעל אינטל באירלנד. צילום: Techtime

מאת אנופאמה בואונדר, מנהלת בכירה לפיתוח טכנולוגיית Intel 18A  באינטל פאונדרי

במשך עשרות שנים היה לתעשיית השבבים מנוע התקדמות ברור: להקטין את הטרנזיסטורים, לצופף יותר מהם על גבי השבב ולקבל יותר ביצועים. אלא שכ ככל שה שהטרנזיסטורים נעשים קטנים ומורכבים יותר, הכיווץ הג הגיאומטר לבדו כבר אינו מספק את כל השיפור שאנחנו מבקשים להשיג.

כיום, כדי להמשיך את ההתקדמות, צריך להסת לא רק על ממדי הטרנזיסטור. צריך לבחון גם את הדרך שבה הזרם מגיע אליו, את ההתנגדות בנקודותודות המ במגע ובחיבורים, את תנועת נושאי המטען בתוכו, את פיזור החום ואת הקשר בין טכנולוגיית הייצור לבין תכנון השבב.

זו השאלה שעמדה בפני צוותי הפיתוח שלנו באינטל פאונדרי: כיצד אפשר להפיק יותר ביצועים מפלטפורמת Intel 18A בלי להסתמך על כיווץ גיאומטרי נוסף ובלי לדרוש מהלקוחות להתחיל את התכנון מחדש?

התשובה היא Intel 18A-P, גרסת הביצועים המשופרת הראשונה במשפחת Intel 18A. בבדיקה שנערכה על תת-בלוק של ליבת Arm, בהתאם לתקן מקובל בתעשייה, Intel 18A-P הציגה שיפור של יותר מ-9% בביצועים באותה צריכת חשמל בהשוואה ל-Intel 18A. כשמסתכלים על אותה תוצאה מהכיוון ההפוך, היא מאפשרת הפחתה של יותר מ-18% בצריכת החשמל באותה רמת ביצועים. המספרים האלה חשובים, אבל הסיפור המעניין יותר נמצא באופן שבו השגנו אותם.

מה קורה כשהזרם פוגש את הטרנזיסטור?

Intel 18A הציגה שילוב ראשון מסוגו בתעשייה בין שתי טכנולוגיות מרכזיות בתהליך ייצור המיועד לייצור בהיקפים גדולים. הראשונה היא RibbonFET, ארכיטקטורת טרנזיסטור מסוג Gate-All-Around, שבה השער מקיף את ערוצי ההולכה ומאפשר שליטה הדוקה יותר בפעולת הטרנזיסטור. השנייה היא PowerVia, המעבירה את אספקת החשמל לצדו האחורי של השבב ומפרידה בין נתיבי החשמל לבין נתיבי האותות.

Intel 18A-P מתבססת על שתי הטכנולוגיות האלה, אך אינה מסתפקת בהן. אחד הפיתוחים המרכזיים בה הוא Power Boost, אפשרות חדשה במשפחת התקני RibbonFET, שנועדה לשפר את ביצועי הטרנזיסטור בלי להגדיל את שטחו ובלי להוסיף לעומס הקיבולי שלו.

כדי להבין מדוע זה משמעותי, אפשר לחשוב על מערכת מים. גם אם המשאבה חזקה, צינור צר או חיבור בעל התנגדות גבוהה יגבילו את הזרימה. באופן דומה, יכולותיו של טרנזיסטור אינן תלויות רק במבנה הפנימי שלו. הן מושפעות גם מההתנגדות בנקודות המגע שדרכן הזרם נכנס ויוצא.

Power Boost מטפל בדיוק בנקודה הזאת. הוא משתמש בארכיטקטורת מגע כפולה, הכוללת מגע קדמי רגיל ומגע ישיר נוסף מהצד האחורי, המתאפשר בזכות PowerVia. המגעים, בעלי התנגדות נמוכה במיוחד, מפחיתים את ההתנגדות החיצונית ומאפשרים זרם הנעה גבוה יותר.

החידוש הזה מיושם בהתקן חדש בשם W3P. זהו הכינוי לאפשרות הטרנזיסטור עתירת הביצועים של Intel 18A-P, המשלבת את ארכיטקטורת המגעים החדשה של Power Boost. היא מיועדת בעיקר לנתיבים הקריטיים בשבב, כלומר למסלולים החשמליים שקצב פעולתם מגביל את התדר המרבי של המעגל כולו.

בהשוואה ל-Intel 18A, הארכיטקטורה החדשה מפחיתה את ההתנגדות החיצונית בכ-20% בהתקני NMOS ובכ-12% בהתקני PMOS. התקני W3P עם Power Boost מספקים שיפור של יותר מ-10% בתדר בנתיבים הקריטיים, בקיבול זהה.

במילים פשוטות, הפחתת ההתנגדות בנקודות המגע מאפשרת להגדיל את זרם ההנעה ולהפעיל את אותם מסלולים בתדר גבוה יותר, בלי להגדיל את שטח הטרנזיסטור או את העומס החשמלי הכרוך במיתוג. במקום להסתמך רק על טרנזיסטור קטן יותר, אנחנו משפרים גם את הדרך שבה הזרם מגיע אליו.

לא כל טרנזיסטור צריך לעשות אותו דבר

שבב מודרני אינו מערכת אחידה. אזורים מסוימים צריכים לפעול במהירות הגבוהה ביותר האפשרית, ואילו באזורים אחרים חשוב יותר לחסוך באנרגיה. לכן Intel 18A-P מרחיבה את משפחת RibbonFET ומוסיפה אפשרויות המותאמות ליעדי תכנון שונים.

כחלק מהרחבת סל האפשרויות למתכננים, Intel 18A-P מוסיפה גם התקנים חדשים המכונים W1 ו-W1.5. אלה הן אפשרויות טרנזיסטור המותאמות לצריכת חשמל נמוכה: הקיבול שלהן נמוך יותר, ולכן נדרשת פחות אנרגיה כדי להעביר אותן בין מצב כבוי למצב פעיל. הן מתאימות לחלקים בשבב שבהם חשוב לחסוך באנרגיה ואין צורך בביצועים המרביים.

בקצה השני נמצא W3P עם Power Boost, אפשרות המותאמת לביצועים גבוהים ולנתיבים שבהם התדר קריטי. כך אפשר להשתמש ב-W3P במקומות שבהם כל תוספת מהירות חשובה, וב-W1 או ב-W1.5 במקומות שבהם עדיף לצמצם את צריכת החשמל.

גם אפשרויות מתח הסף, או VT, הורחבו. מתח הסף הוא רמת המתח שבה הטרנזיסטור מתחיל לעבור ממצב כבוי למצב פעיל, ולכן הוא משפיע על האיזון בין מהירות, צריכת חשמל וזליגת זרם. Intel 18A-P מוסיפה זוג מתחי סף ביניים בין האפשרויות הקיימות של מתח נמוך ומתח נמוך במיוחד. לצד צמצום של כ-33% בטווח שבין מצבי הקצה של התהליך, השינוי מאפשר התנהגות צפויה יותר של הטרנזיסטורים בתנאי ייצור שונים. כך יכולים המתכננים לכוון בצורה מדויקת יותר את האיזון בין מהירות, צריכת חשמל וזליגה.

לגרום לנושאי המטען לנוע מהר יותר

נדבך נוסף בשיפור הוא הנדסת מאמץ מתקדמת, או Strain Engineering. הרעיון הוא לכוון באופן מבוקר את המאמץ המכני באזור התעלה של הטרנזיסטור. הכוונון הזה מאפשר לנושאי המטען לנוע ביעילות רבה יותר, להגדיל את זרם ההנעה ולשפר את מהירות הטרנזיסטור.

השיפור בולט במיוחד בצד ה-PMOS. בהשוואה ל-Intel 18A, מדדנו ב-Intel 18A-P שיפור של כ-5% בזרם ההנעה של NMOS וכ-16% בזרם ההנעה של PMOS. השילוב בין המגעים בעלי ההתנגדות הנמוכה לבין הנדסת המאמץ תורם למהירות מיתוג גבוהה בכ-12% ברמת המעגל.

זהו היבט מרכזי בחדשנות של Intel 18A-P: אין כאן שינוי יחיד שמסביר את התוצאה. השיפור המצטבר נובע משורה של התערבויות מדויקות בטרנזיסטור, במגעים, בחיווט ובתכנון.

הטרנזיסטור מהיר, אבל מה קורה בדרך שבין הטרנזיסטורים?

טרנזיסטורים אינם פועלים בבידוד. הם מחוברים זה לזה באמצעות רשת צפופה של שכבות מתכת ושל חיבורים אנכיים זעירים, המכונים Vias, המקשרים בין שכבה לשכבה. ככל שתהליך הייצור מתקדם, ההתנגדות בחיבורים האלה עלולה להגביל את ביצועי המעגל, גם כאשר הטרנזיסטור עצמו מהיר יותר.

ב-Intel 18A-P הפחתנו את התנגדות ה-Via בשכבות ניתוב קריטיות לביצועים בשיעור של 10% עד 30%. ביצענו גם שיפורים בגיאומטריית החיווט כדי לשפר את יעילות מעבר האותות.

החידושים האלה אולי פחות גלויים לעין מארכיטקטורת טרנזיסטור חדשה, אבל תרומתם חיונית. שיפור אמיתי של פלטפורמת ייצור מחייב לטפל לא רק בטרנזיסטור, אלא גם בתשתית המחברת בין מיליארדי הטרנזיסטורים שעל השבב.

בעידן ה-AI, הביצועים תלויים גם בחום

בעומסי AI, מחשוב עתיר ביצועים ומרכזי נתונים, המעבד עשוי לפעול בניצולת גבוהה במשך זמן ממושך. בתנאים כאלה, ביצועי שיא רגעיים אינם מספיקים. השאלה היא אם אפשר לשמר אותם לאורך זמן, מבלי שהחום יהפוך לגורם מגביל.

Intel 18A-P משפרת ב-50% את המוליכות התרמית של מערך ההצמדה. השיפור הזה תורם לשיפור כולל של 20% עד 40% בהתנגדות התרמית של המבנה. לצד שיפורים בחומרים, אנחנו משתמשים גם בפתרונות תכנון תרמיים המבוססים על כלי EDA, כדי להביא את נושא החום לתוך תהליך התכנון ולא לטפל בו רק בסופו.

זוהי המחשה נוספת לכך שהתקדמות טכנולוגית אינה נמדדת עוד רק במהירות הטרנזיסטור. שבב מהיר שאינו מסוגל לפזר חום ביעילות יתקשה לשמור על ביצועיו בעומסי עבודה תובעניים ומתמשכים.

לשפר בלי לדרוש מהלקוחות להתחיל מחדש

כל החידושים האלה היו בעלי ערך מוגבל אילו דרשו מהלקוחות לבנות מחדש את התכנונים שלהם. לכן אחד העקרונות המרכזיים של Intel 18A-P הוא תאימות מלאה לכללי התכנון של Intel 18A.

Intel 18A-P שומרת גם על היצע תאי ה-SRAM של Intel 18A ועל מתח ההפעלה המינימלי התואם שלהם. SRAM הוא זיכרון מהיר המשולב בתוך השבב ומשמש, בין היתר, לבניית זיכרונות מטמון ורכיבי אחסון פנימיים שהמעבד צריך לגשת אליהם במהירות. תאי SRAM הם חלק מרכזי בתכנון שבבים מתקדמים, ולכן שינוי בהם עלול לחייב התאמות נרחבות.

כך מאפשרת Intel 18A-P לשפר את הביצועים ואת היעילות האנרגטית בלי לדרוש מהלקוחות לעבור לפלטפורמת תכנון חדשה.ההתקדמות אינה מושגת באמצעות פתרון קסם יחיד, אלא באמצעות שורה של החלטות הנדסיות שעובדות יחד: בטרנזיסטור, במגעים, באספקת החשמל, בחיווט ובפיזור החום.

פורסם בקטגוריות: חדשות , סמיקונדקטורס