英特尔展示45纳米制程称完胜AMD

　　PConline1月29日 广州【文\新闻主笔 黄约兴】 在采用传统的氧化硅制造晶体管栅介质40多年后，英特尔于昨天宣布，首批采用全新45纳米（0.045微米工艺）制程晶体管的处理器已经有样本推出，代号为Penryn。英特尔宣布45纳米晶体管所采用的晶体管材料跟以往完全不同，采用的是高-k介质材料作为晶体管栅介质，同时采用新型金属材料组合作为晶体管栅电极。45纳米处理器将于今年下半年开始量产，英特尔今年计划有15款处理器采用45纳米制程，而其中5种版本已经有样本释出。

　　英特尔宣布45纳米处理器从今年下半年开始将陆续在俄勒冈的D1P晶圆厂、亚利桑那的Fab32晶圆厂以及以色列的Fab28晶圆厂量产。届时Penryn处理器尽管制程、架构以及晶体管材质已经跟65纳米处理器有所不同，但是仍然可以向前兼容英特尔的当前芯片组以及现有电源管理等技术。业界相信，新材质刚开始的使用可能会增加Penryn处理器的成本，然而英特尔方面表示由于45纳米制程从2005年开始已经“稀释缺陷密度”，因此本次制程切换较以前任何一次所花时间都要短，特别是在漏电量得到明显减少的前提下，成品的良率得以大幅提升，因此从今年下半年量产开始，Penryn处理器的成本将得到有效的降低。

　　栅是晶体管顶端的区域，其电流状态决定着晶体管是打开还是闭合。传统上，栅的制作材料是多晶硅或原子随意排列且不形成网格状结构的硅。从P4年代开始，英特尔就不断被处理器管线越来越长，晶体管栅漏电越来越严重的噩梦困扰。晶体管栅漏电与不断变薄的氧化硅栅介质有关，这一点已经被英特尔视为过去10年来摩尔定律面临的最大技术挑战之一。传统的晶体管组成材质是二氧化硅。二氧化硅本来是良好的绝缘体（不导电体）。对于一种栅介质而言，一层薄薄的二氧化硅可实现较高性能。但是二氧化硅层越薄，其泄露的电量越大，而随着P4以及PD处理器为追求高频率而造成管线变长，晶体管激增，漏电的情况变得越来越严重。为此在P4以及PD处理器跟AMD 处理器的竞争中，英特尔整整有两年多时间处于下风，直到全新架构的酷睿2处理器推出，英特尔才扳回败局。

　　然而尽管架构已经作出了重新的设计，频率已经不是英特尔目前瞄准的首要目标，但是如果不解决晶体管材质问题，漏电情况将仍然是英特尔的眼中刺。AMD早在多年前开始宣布与IBM合作，采用PD-SOI绝缘硅技术来减少漏电，并一直以此作为其处理器的卖点之一。对这种说法，英特尔昨日首次打破多年来的沉默，直指AMD所采用的“这种性能提升方法或功耗降低——如果存在的话——十分有限，且无法弥补绝缘硅片增加的成本。英特尔从未使用、也没有计划使用已经部分耗尽的绝缘硅（PD-SOI），而其他公司正在使用。”

　　为彻底解决材质导致漏电量增大的问题，英特尔一改沿用了40多年的氧化硅材质，在栅介质中采用厚度更大的铪基高-k材料。英特尔表示，铪基高-k材料具备良好的绝缘属性，同时可在栅和硅底层通道之间产生较高的场效应（即高-k）。由于高k材料比二氧化硅更厚，因此，它们可以大幅减少漏电量。与过去40多年中一直使用的氧化硅相比较，使用高k材料可使漏电量减少了10多倍。由于高-k栅介质与当今的硅栅电极不兼容，因此，英特尔的45纳米晶体管材料还需要开发新的金属栅极材料，在昨日的发布中，为了保持技术秘密，英特尔并没有公布采用的特定金属细节。

　　英特尔宣布在英特尔45纳米制程技术中，高-k栅介质与金属栅极的组合，使驱动电流或晶体管性能提高了20%以上。同时，使源极-漏极漏电降低了5倍以上，大幅提高了晶体管的能效。同时，45纳米制程技术也使晶体管密度比上一代制程提高了大约两倍，使英特尔能够增加总体晶体管的数量或缩小处理器的大小。此外，为了达到减少能耗的最终目的，英特尔在45纳米处理器接头中将采用低-k电介质的铜线。

　　根据英特尔的规划，Penryn处理器中的双核版本中含有4亿多个晶体管，四核版本中含有8亿多个晶体管，对电源管理进行了重新的设计，支持12M缓存，带有50多条新的SSE4指令，可以优化多媒体任务的处理。今年下半年投产的第二代四核处理器将明显加快投产步伐，

　　此外，在绝缘硅的立场上，英特尔除了表示绝对不没有采用AMD的PD-SOI型绝缘硅外，还表示留有后手，“正在探索另外一种全耗尽的绝缘硅（FD-SOI），这种绝缘硅目前没有被任何一家芯片制造商采用。”英特尔总结道：“这将远远领先于竞争对手。”




附录：

英特尔官方版晶体管编年史

• 1965年：摩尔定律诞生。当时，戈登•摩尔（Gordon Moore）预测，未来一个芯片上的晶体管数量大约每年翻一倍（10年后修正为每两年），摩尔定律在Electronics Magazine杂志一篇文章中公布。

• 1969年：英特尔成功开发出第一个PMOS硅栅晶体管技术。这些晶体管继续使用传统的二氧化硅栅介质，但是引入了新的多晶硅栅电极。

• 1971年：英特尔发布了其第一个微处理器4004。4004规格为1/8英寸 x 1/16英寸，包含仅2000多个晶体管，采用英特尔10微米PMOS技术生产。

• 1978年：英特尔标志性地把英特尔8088微处理器销售给IBM新的个人电脑事业部，武装了IBM新产品IBM PC的中枢大脑。16位8088处理器含有2.9万个晶体管，运行频率为5MHz、8MHz和10MHz。8088的成功推动英特尔进入了财富500强企业排名。

• 1982年：286微处理器（又称80286）推出，成为英特尔的第一个16位处理器，可运行为英特尔前一代产品所编写的所有软件。286处理器使用了13400个晶体管。运行频率为6MHz、8MHz、10MHz和12.5MHz。

• 1985年：英特尔386微处理器问世，含有27.5万个晶体管，是最初4004晶体管数量的100多倍。386是32位芯片，具备多任务处理能力，即它可在同一时间运行多个程序。

• 1993年：英特尔奔腾处理器问世，含有3百万个晶体管，采用英特尔0.8微米制程技术生产。

• 1999年2月：英特尔发布了奔腾III处理器。奔腾III是1x1正方形硅，含有950万个晶体管，采用英特尔0.25微米制程技术生产。

• 2002年1月：英特尔奔腾4处理器推出，高性能桌面台式电脑由此可实现每秒钟22亿个周期运算。它采用英特尔0.13微米制程技术生产，含有5500万个晶体管。

• 2002年8月13日：英特尔透露了90纳米制程技术的若干技术突破，包括高性能、低功耗晶体管，应变硅，高速铜质接头和新型低-k介质材料。这是业内首次在生产中采用应变硅。

• 2003年3月12日：针对笔记本的英特尔迅驰移动技术平台诞生，包括了英特尔最新的移动处理器“英特尔奔腾M处理器”。该处理器基于全新的移动优化微体系架构，采用英特尔0.13微米制程技术生产，包含7700万个晶体管。

• 2005年5月26日：英特尔第一个主流双核处理器“英特尔奔腾D处理器”诞生，含有2.3亿个晶体管，采用英特尔90纳米制程技术生产。

• 2006年7月18日：英特尔安腾2双核处理器发布，采用世界最复杂的产品设计，含有17.2亿个晶体管。该处理器采用英特尔90纳米制程技术生产。

• 2006年7月27日：英特尔酷睿2双核处理器诞生。该处理器含有2.9亿多个晶体管。

• 2006年9月26日：英特尔宣布，超过15种45纳米制程产品正在开发，面向台式机、笔记本和企业级计算市场，研发代码Penryn，是从英特尔酷睿微体系架构派生而出。

• 2007年1月8日：为扩大四核PC向主流买家的销售，英特尔发布了针对桌面电脑的65纳米制程英特尔酷睿2四核处理器和另外两款四核服务器处理器。英特尔酷睿2四核处理器含有5.8亿多个晶体管。

• 2007年1月29日：英特尔公布采用突破性的晶体管材料即高-k栅介质和金属栅极。英特尔将采用这些材料在公司下一代处理器——英特尔酷睿2双核、英特尔酷睿2四核处理器以及英特尔至强系列多核处理器的数以亿计的45纳米晶体管或微小开关中用来构建绝缘“墙”和开关“门”，研发代码Penryn。采用了这些先进的晶体管，已经生产出了英特尔45纳米微处理器。