英特尔全新 3D 架构 引发晶体管革命 22nm芯片採用全英特尔全新 3D 架构 引发晶体管革命 22nm芯片採用全

特尔全新英特尔全新 3-D 架构 引发晶体管革命
22nm芯片採用全新晶体管 高效节能前所未见

内容摘要:

英特尔微处理器技术再创世纪:被称为三栅极的全球首款 3-D 晶体管(3-D Tri-Gate Transistor)进入投产阶段。晶体管过渡至 3-D 三栅极结构,对技术的持续进步至关重要,也为摩尔定律的持续发展注入全新动力。前所未有的性能改进和降低功耗,有助未来各种基于22nm运算设备上的创新,包括最小的手持设备和强大的云端伺服器。英特尔还展示了一款22nm微处理器(研发代号为 Ivy Bridge)— 这将是首个採用 3-D 三栅极晶体管进行量产的芯片。

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2011年5月4日,美国加州圣克拉拉 —— 英特尔公司宣布在晶体管发展上取得了革命性突破。晶体管是现代电子设备的微小元件,自50多年前硅晶体管发明以来,3-D结构晶体管将以创世纪的姿态首次量产。英特尔将推出被称为三栅极(Tri-Gate)的革命性3-D晶体管设计(英特尔曾在2002年首次披露),并将量产研发代号Ivy Bridge的22nm英特尔芯片;1nm是1米的十亿分之一。
这款3-D三栅极晶体管代表着由2-D平面晶体管结构的根本性转变。几十年来,2-D晶体管不仅一直在个人电脑、手机及消费电子产品中被广泛应用,还用于汽车、航空、家庭电器、医疗设备以及数千种常用设备的电子控制之中。

英特尔公司总裁兼首席执行官Paul Otellini表示:「英特尔的科学家和工程师透过採用3-D结构,再一次带来晶体管革命。随着我们把摩尔定律推进到新的领域,3-D结构将帮助我们打造令人惊歎和改变世界的设备。」

科学家早就意识到3-D结构对于延续摩尔定律的重要意义,因为面对非常小的设备尺吋,物理定律成为晶体管技术进步的障碍。今天宣布的革命性成果,其关键在于英特尔能够把全新的3-D三栅极晶体管设计投入批量生产,开拓了摩尔定律的另一个新时代,并有利于下一代各种类型设备的创新。

摩尔定律预测了硅技术的发展步伐:晶体管密度大约每两年增加一倍,同时其功能和性能将提高,而成本则会降低。40多年以来,摩尔定律已经成为半导体行业的基本商业模式。

前所未有的节能和效能提升
英特尔的3-D三栅极晶体管令芯片能够在更低的电压下运行,并进一步减少漏电量,与之前最先进的晶体管相比,它能提供前所未有的性能和功效,让芯片设计师可以根据应用需求,灵活地选用低能耗或高性能晶体管。

与之前的32nm平面晶体管相比,22nm 3-D三栅极晶体管在低电压下将性能提高了37%。这一惊人改进意味着它们将是小型手持设备的最佳拍档,这种设备要求晶体管在运行时只用较少的电力进行「开关」操作。全新的晶体管只需消耗不到一半的电量,就能达到与32nm芯片中2-D平面晶体管一样的性能。

英特尔高级院士马博(Mark Bohr)表示:「英特尔独一无二的3-D三栅极晶体管带来前所未有的节能和功效。这里程碑的意义,比单纯跟上摩尔定律的步伐更为深远。低电压和低电量所带来的的好处,远远超过我们由一代製程升级到下一代时所得到的。它让产品设计师能够灵活地将现有设备变得更智能,并且有可能开发出全新的产品。我们相信这一突破将进一步扩大英特尔在半导体行业的领先优势。」

继续创新步伐 — 摩尔定律
根据以英特尔联合创始人Gordon Moore命名的摩尔定律,晶体管将变得愈来愈小、愈来愈便宜,并且功效愈来愈高。正因如此,英特尔一直坚持推动创新和集成,为每个芯片添加更多功能和运算内核,从而提高性能,并降低单一晶体管的製造成本。

要在22nm製程时代延续摩尔定律,这是一项异常複杂的技术。英特尔的科学家们在2002年发明了三栅极晶体管 — 这是根据栅极有三面而取名的。受惠于英特尔高度协同的研究—开发—製造技术的集成作业(research-development-manufacturing pipeline),今天宣布的技术突破是多年研发的成果,也标誌着这项成果开始进入批量生产阶段。

3-D三栅极晶体管实现晶体管的革命性突破。传统「扁平的」2-D平面栅极被纤薄的、从硅基体垂直竖起的3-D硅鳍状物所代替。电流控制透过鳍状物三面的栅极而缔造(两侧和顶部各有一个栅极),而不是像2-D平面晶体管那样,只在顶部有一个栅极。更多控制可以令晶体管在「开」的状态时,让最多的电流通过(高性能),而在「关」的状态下,则尽可能让电流接近零(低能耗),同时还能在两种状态之间迅速切换(这也是为了提高性能)。

高楼大楼向高空发展,令城市规划者优化可用空间,英特尔的3-D三栅极晶体管结构也一样,能有效地管理晶体管密度。由于这些鳍状物本身是垂直的,晶体管也能更紧密地封装起来 — 这是摩尔定律追求的技术和经济效益的关键。未来,设计师还可以不断增加鳍状物的高度,从而获得更高的性能和功效。

「在多年的探索中,我们已经看到晶体管尺寸缩小所面临的极限。」Moore指出:「今天这种在基本结构层面上的改变,是一种真正革命性的突破,它能够让摩尔定律以及创新的历史步伐持续活跃。」

全球首次展示22nm 3-D三栅极晶体管
英特尔下一代22nm製程技术将採用3-D三栅极晶体管。单个晶体管到底有多大呢?实际上,在本文一个英文句点的面积上就可容纳超过600万个22nm三栅极晶体管。

今天,英特尔展示了全球首枚研发代号为Ivy Bridge的22nm微处理器,可用于笔记簿电脑、伺服器和桌面电脑。最新的 Intel® Core™系列处理器Ivy Bridge将是首批採用3-D三栅极晶体管进行量产的芯片,预计将在年底前投入批量生产。

这项硅技术的突破也有助于交付更多基于高度集成的Intel® Atom™处理器的产品,以扩展Intel® 架构的性能、功能和软件兼容性,同时满足各种细分市场对能耗、成本和设计尺寸的整体需求。

关于英特尔
英特尔是运算创新领域的全球领导者,致力研发关键技术,为全球的运算设备奠定基础。有关英特尔的其他资讯,请浏览该公司的新闻发布室newsroom.intel.com及 http://blogs.intel.com/blogs.intel.com。

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