50年來最大變革，英特爾將批量生產(chǎn)3D晶體管芯片

Win7之家（ afsion.com.cn）：50年來最大變革，英特爾將批量生產(chǎn)3D晶體管芯片

　　北京時(shí)間5月5日消息，英特爾周三在舊金山展示了一項(xiàng)全新的3D晶體管技術(shù)，可以在性能不變的情況下，將處理器能耗降低一半。

　　英特爾宣布其研發(fā)的3D晶體管將首次投入批量生產(chǎn)，并將用于英特爾代號(hào)為Ivy Bridge的22納米處理器。采用該技術(shù)的產(chǎn)品有望于2012年初發(fā)布。

　　據(jù)介紹，英特爾的3D晶體管使得芯片能夠在更低的電壓下運(yùn)行，并進(jìn)一步減少漏電量，與之前最先進(jìn)的晶體管相比，它的性能更高、能效更低。此前的芯片所用晶體管都為平面晶體管。

上圖：被稱為三柵極的世界上首款3-D晶體管進(jìn)入生產(chǎn)技術(shù)階段

上圖：左邊為32納米平面晶體管，右邊為22納米 3-D三柵極晶體管，示意電流通過的樣子

　　英特爾表示，基于Ivy Bridge的英特爾酷睿系列處理器將是首批采用3D晶體管進(jìn)行批量生產(chǎn)的芯片，將可用于筆記本電腦、服務(wù)器和臺(tái)式機(jī)。隨后，英特爾凌動(dòng)處理器也將采用最新的3D晶體管，但目前還沒有具體時(shí)間表。

　　摩爾定律預(yù)言，電腦的性能每2年可提高一倍，因?yàn)樾酒�上的晶體管數(shù)量每2年約增加一倍。對(duì)于消費(fèi)者來說，英特爾晶體管的新設(shè)計(jì)意味著摩爾定律可繼續(xù)有效。

　　重大變革

　　英特爾號(hào)稱將推動(dòng)半導(dǎo)體行業(yè)50多年來的最大技術(shù)變革，通過一款全新的設(shè)計(jì)為消費(fèi)電子產(chǎn)品提供更為強(qiáng)大的芯片，而且不會(huì)以犧牲電池續(xù)航時(shí)間為代價(jià)。

　　該公司計(jì)劃將每款芯片的一個(gè)關(guān)鍵部件改造成垂直的鰭狀結(jié)構(gòu)，這種理念類似于在城市中修建超高層建筑來增加辦公空間。本次改造的部件是晶體管，這是一種基本的電子元件，幾乎所有的電子產(chǎn)品都會(huì)用到。當(dāng)今的微處理器已經(jīng)能夠包含數(shù)十億個(gè)這種微型開關(guān)元件。

　　英特爾表示。這種最新的設(shè)計(jì)能夠?yàn)橹悄苁謾C(jī)和平板電腦提供更強(qiáng)大的計(jì)算能力，同時(shí)加快企業(yè)數(shù)據(jù)中心的速度，而且還能大幅降低能耗。

　　盡管競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手也在研究類似的技術(shù)，但英特爾卻是首家承諾將使用所謂的3D方法進(jìn)行量產(chǎn)的企業(yè)。分析師認(rèn)為，這一冒險(xiǎn)之舉可以幫助英特爾在性能上與競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手相匹敵，從而扭轉(zhuǎn)被智能手機(jī)市場(chǎng)排擠的命運(yùn)。

　　美國市場(chǎng)研究公司VLSI Research芯片制造專家丹·哈奇森(Dan Hutcheson)說：“我們討論這種3D電路已經(jīng)有十多年了，但是沒有人有信心將其投入生產(chǎn)。”

　　英特爾高管周三在舊金山的一次會(huì)議上演示了采用這種新方法生產(chǎn)的芯片。他們指出，首款采用這種技術(shù)生產(chǎn)的芯片可能會(huì)著眼于高端臺(tái)式機(jī)和服務(wù)器系統(tǒng)，并將于2012年初推出。

　　設(shè)計(jì)原理

　　2D平面半導(dǎo)體制造工藝是由飛兆半導(dǎo)體公司(Fairchild Semiconductor)的吉恩·赫爾尼(Jean Hoerni)于1959年發(fā)明的。該技術(shù)后來被英特爾聯(lián)合創(chuàng)始人羅伯特·諾伊斯(Robert Noyce)采納，并用來生產(chǎn)集成電路。

　　英特爾高管表示，采用3D晶體管設(shè)計(jì)將比單純推出新一代生產(chǎn)技術(shù)帶來更多的益處。例如，在性能不變的情況下，新技術(shù)的能耗將比現(xiàn)有生產(chǎn)技術(shù)低一半。

　　“這是一種空前的成就。我們從來沒有以低電壓實(shí)現(xiàn)過這種性能�！必�(fù)責(zé)新生產(chǎn)工藝開發(fā)的英特爾研究員馬克·波爾(Mark Bohr)說。

　　芯片設(shè)計(jì)師長(zhǎng)期以來都在努力突破2D設(shè)計(jì)，這種設(shè)計(jì)會(huì)在晶體管上覆蓋著一層層的互連線纜。而英特爾這款新設(shè)計(jì)的關(guān)鍵在于晶體管上的一個(gè)元件，它決定著電流的速度以及電流的泄露量，從而影響到能耗。

　　英特爾的工程師將電子的扁平傳輸渠道替換成一個(gè)鰭狀的結(jié)構(gòu)，有三個(gè)面被一種名為“門”(Gate)的設(shè)備包圍，這種設(shè)備的作用是開關(guān)電流。波爾表示，3D形狀增大了晶體管“開啟”狀態(tài)下的電流通過量，但在“關(guān)閉”的狀態(tài)下卻可以減少泄露量。

　　英特爾在2002發(fā)表的多篇論文中披露了基本方法，并且花了多年時(shí)間對(duì)其進(jìn)行完善。該公司已經(jīng)準(zhǔn)備在今后的22納米生產(chǎn)工藝中全面采用新的設(shè)計(jì)。英特爾當(dāng)前的生產(chǎn)工藝為32納米。

　　成本因素

　　放棄傳統(tǒng)制造技術(shù)可能會(huì)導(dǎo)致成本上漲，因此芯片公司通常都會(huì)盡力避免這種行為。波爾表示，使用新技術(shù)將導(dǎo)致英特爾的成品晶圓成本上漲2%至3%，每個(gè)晶圓都包含數(shù)百個(gè)芯片。

　　美國市場(chǎng)研究公司Endpoint Technologies Associates市場(chǎng)研究員羅杰·凱(Roger Kay)說：“新的結(jié)構(gòu)足以讓該公司生產(chǎn)出大量可靠的22納米芯片。”

　　其他企業(yè)今后也有望采用這種3D生產(chǎn)方法，但必須要等到生產(chǎn)工藝降到22納米以下。從AMD剝離出來的芯片制造商Globalfoundries周三表示，將在今后的20納米工藝中使用傳統(tǒng)的晶體管。該公司發(fā)言人稱，在推出后續(xù)生產(chǎn)工藝前，沒有必要使用3D晶體管技術(shù)。

　　英特爾架構(gòu)集團(tuán)執(zhí)行副總裁大衛(wèi)·珀?duì)栺R特(David Perlmutter)在下一代開發(fā)代號(hào)為“Ivy Bridge”的微處理器中證明了這一技術(shù)。他表示，該技術(shù)可以對(duì)提升圖形電路的性能起到一定的幫助，英特爾在這一方面落后于AMD和英偉達(dá)(Nvidia)。

　　但更大的問題在于，3D設(shè)計(jì)方法能否幫助英特爾的芯片在能耗效率上趕上使用ARM架構(gòu)的競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手。珀?duì)栺R特并未透露何時(shí)使用新工藝生產(chǎn)專門針對(duì)移動(dòng)設(shè)備設(shè)計(jì)的凌動(dòng)(Atom)處理器。(書聿)