英特爾全新 3-D 架構 引發晶體管革命

 

22nm芯片採用全新晶體管 高效節能前所未見

 

內容摘要 
 ■ 英特爾微處理器技術再創世紀:被稱為三柵極的全球首款 3-D 晶體管(3-D Tri-Gate
   Transistor)進入投產階段。
 ■ 晶體管過渡至 3-D 三柵極結構,對技術的持續進步至關重要,也為摩爾定律的持續發展
   注入全新動力。
 ■ 前所未有的性能改進和降低功耗,有助未來各種基於22nm運算設備上的創新,包括最小
   的手持設備和強大的雲端伺服器。
 ■ 英特爾還展示了一款22nm微處理器(研發代號為 Ivy Bridge)— 這將是首個採用 3-D
   三柵極晶體管進行量產的芯片。

201154日,美國加州聖克拉拉 —— 英特爾公司宣佈在晶體管發展上取得了革命性突破。晶體管是現代電子設備的微小元件,自50多年前矽晶體管發明以來,3-D結構晶體管將以創世紀的姿態首次量產。英特爾將推出被稱為三柵極(Tri-Gate)的革命性3-D晶體管設計(英特爾曾在2002年首次披露),並將量產研發代號Ivy Bridge的22nm英特爾芯片;1nm是1米的十億分之一。

這款3-D三柵極晶體管代表著由2-D平面晶體管結構的根本性轉變。幾十年來,2-D晶體管不僅一直在個人電腦、手機及消費電子產品中被廣泛應用,還用於汽車、航空、家庭電器、醫療設備以及數千種常用設備的電子控制之中。


Intel-22nm 晶體管

英特爾公司總裁兼首席執行官Paul Otellini表示:「英特爾的科學家和工程師透過採用3-D結構,再一次帶來晶體管革命。隨著我們把摩爾定律推進到新的領域,3-D結構將幫助我們打造令人驚歎和改變世界的設備。」

科學家早就意識到3-D結構對於延續摩爾定律的重要意義,因為面對非常小的設備尺吋,物理定律成為晶體管技術進步的障礙。今天宣佈的革命性成果,其關鍵在於英特爾能夠把全新的3-D三柵極晶體管設計投入批量生產,開拓了摩爾定律的另一個新時代,並有利於下一代各種類型設備的創新。

摩爾定律預測了矽技術的發展步伐:晶體管密度大約每兩年增加一倍,同時其功能和性能將提高,而成本則會降低。40多年以來,摩爾定律已經成為半導體行業的基本商業模式。

前所未有的節能和效能提升 
英特爾的3-D三柵極晶體管令芯片能夠在更低的電壓下運行,並進一步減少漏電量,與之前最先進的晶體管相比,它能提供前所未有的性能和功效,讓芯片設計師可以根據應用需求,靈活地選用低能耗或高性能晶體管。


與之前的32nm平面晶體管相比,22nm 3-D三柵極晶體管在低電壓下將性能提高了37%。這一驚人改進意味著它們將是小型手持設備的最佳拍檔,這種設備要求晶體管在運行時只用較少的電力進行「開關」操作。全新的晶體管只需消耗不到一半的電量,就能達到與32nm芯片中2-D平面晶體管一樣的性能。

英特爾高級院士馬博(Mark Bohr)表示:「英特爾獨一無二的3-D三柵極晶體管帶來前所未有的節能和功效。這里程碑的意義,比單純跟上摩爾定律的步伐更為深遠。低電壓和低電量所帶來的的好處,遠遠超過我們由一代製程升級到下一代時所得到的。它讓產品設計師能夠靈活地將現有設備變得更智能,並且有可能開發出全新的產品。我們相信這一突破將進一步擴大英特爾在半導體行業的領先優勢。」

繼續創新步伐摩爾定律 
根據以英特爾聯合創始人Gordon Moore命名的摩爾定律,晶體管將變得愈來愈小、愈來愈便宜,並且功效愈來愈高。正因如此,英特爾一直堅持推動創新和集成,為每個芯片添加更多功能和運算內核,從而提高性能,並降低單一晶體管的製造成本。

要在22nm製程時代延續摩爾定律,這是一項異常複雜的技術。英特爾的科學家們在2002年發明了三柵極晶體管 — 這是根據柵極有三面而取名的。受惠於英特爾高度協同的研究—開發—製造技術的集成作業(research-development-manufacturing pipeline),今天宣佈的技術突破是多年研發的成果,也標誌著這項成果開始進入批量生產階段。

2-D平面晶體管相比於 3-D三柵極晶體管的分別

3-D三柵極晶體管實現晶體管的革命性突破。傳統「扁平的」2-D平面柵極被纖薄的、從矽基體垂直豎起的3-D矽鰭狀物所代替。電流控制透過鰭狀物三面的柵極而締造(兩側和頂部各有一個柵極),而不是像2-D平面晶體管那樣,只在頂部有一個柵極。更多控制可以令晶體管在「開」的狀態時,讓最多的電流通過(高性能),而在「關」的狀態下,則盡可能讓電流接近零(低能耗),同時還能在兩種狀態之間迅速切換(這也是為了提高性能)。


高樓大樓向高空發展,令城市規劃者優化可用空間,英特爾的3-D三柵極晶體管結構也一樣,能有效地管理晶體管密度。由於這些鰭狀物本身是垂直的,晶體管也能更緊密地封裝起來 — 這是摩爾定律追求的技術和經濟效益的關鍵。未來,設計師還可以不斷增加鰭狀物的高度,從而獲得更高的性能和功效。

 「在多年的探索中,我們已經看到晶體管尺寸縮小所面臨的極限。」Moore指出:「今天這種在基本結構層面上的改變,是一種真正革命性的突破,它能夠讓摩爾定律以及創新的歷史步伐持續活躍。」

全球首次展示22nm 3-D三柵極晶體管 
特爾下一代22nm製程技術將採用3-D三柵極晶體管。單個晶體管到底有多大呢?實際上,在本文一個英文句點的面積上就可容納超過600萬個22nm三柵極晶體管。

今天,英特爾展示了全球首枚研發代號為Ivy Bridge的22nm微處理器,可用於筆記簿電腦、伺服器和桌面電腦。最新的 Intel® Core™系列處理器Ivy Bridge將是首批採用3-D三柵極晶體管進行量產的芯片,預計將在年底前投入批量生產。


這項矽技術的突破也有助於交付更多基於高度集成的Intel®  Atom™處理器的產品,以擴展Intel® 架構的性能、功能和軟件兼容性,同時滿足各種細分市場對能耗、成本和設計尺寸的整體需求。

關於英特爾 
英特爾是運算創新領域的全球領導者,致力研發關鍵技術,為全球的運算設備奠定基礎。有關英特爾的其他資訊,請瀏覽該公司的新聞發佈室newsroom.intel.comhttp://blogs.intel.com/blogs.intel.com

英特爾是英特爾公司在美國和其它國家(地區)的商標。
*文中涉及的其它名稱及商標屬於各自所有者資產。

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