英特尔3D晶体管:续写摩尔定律

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作者：汤姆缢馉奈特　发稿时间：2012-05-05 10:59:15
英特尔（Intel）新一代芯片的3D晶体管延续了50年来芯片速度更快、封装更密集的趋势。


“[戈登]摩尔（Gordon Moore）是我的老板，如果你的老板定下一条规矩，那么你最好还是遵守，”马克波尔（Mark Bohr）说道，他领导了英特尔推进微型芯片设计投入生产的工作。

最近，英特尔代号为Ivy Bridge的最新处理器产品系列发布后，摩尔的预测看来仍然有效。这是首次有企业采用22纳米（目前最精细的芯片为32纳米）技术推出的芯片，使晶体管变得更小并能封装得更为密集。Ivy Bridge芯片的处理速度比上一代芯片提高了37%，并且在耗电量减半的情况下就能达到与之相当的性能。

Ivy Bridge处理器封装的晶体管密度（边长160毫米的裸片上共有14亿个晶体管）大约是英特最新芯片系列（边长212毫米的裸片上共有11.6亿个晶体管）的2倍。要像这样遵循摩尔定律就需要对晶体管（组成数字计算机芯片的微电子开关）进行大刀阔斧地再设计。现有的晶体管设计数十年里几乎一成不变，要使其变得更小，即使利用22纳米技术也并非易事。那会使它们产生漏电流，以至于即时是在晶体管处于关闭状态也会产生电流。英特尔通过为晶体管增加一个额外的维度从而规避了这一问题，晶体管在过去几十年里一直被制作成一堆一层又一层的扁平材料。

一个晶体管的基本设计包括了用于输入、输出电流的独立电极，称为源极和漏极；连接二者的材料被称作沟道；第三个电极称作栅极，用于控制电流的流动。英特尔重新打造的晶体管的沟道是一个长长的“鳍”，突起进入到上方的栅极内部，而不是一个平面，从而在各层间创造了更为紧密的导电连接。英特尔称其3D晶体管拥有“三栅极”（tri-gate）设计。

类似的设计最初是在上世纪80年代在日本提出的，并从90年代开始，在美国加州大学伯克利分校（University of California, Berkeley）进行了多年研发。波尔表示，英特尔大约在2000年开始研究这一设计，并在2008年决定采用。“制造出一款实验室产品是一回事，而要确保其能以低成本且大批量地生产芯片就是另一回事了，”波尔说道。他表示，英特尔正在重用许多现有的生产流程，因此利用Ivy Bridge设计刻印一块硅晶圆的成本仅比英特尔上一代芯片高出约2%。

英特尔发布的台式机Ivy Bridge芯片让它在技术上领先于其竞争对手AMD，AMD还未公开任何采用3D晶体管或使用22纳米技术的计划。此项新技术的笔记本版本将在今夏交付，但对于英特尔更重要的或许是Ivy Bridge芯片可能会助其打入高能效处理器（平板电脑和智能手机所需要的）市场。

英特尔的3D晶体管将于2013年在该公司的Atom系列移动处理器上问世。英特尔想要让这些芯片被用于智能手机和平板电脑，并已经与联想和摩托罗拉签订了此项协议。

展望摩尔定律的未来，波尔表示他的团队已经在研发使用14纳米技术的3D晶体管的制造工艺了，并计划在2014年投产。“这变得更具挑战性，但我没有看到[摩尔定律的]尽头，”波尔说道。