导读

   2011年5月4日,英特尔公司宣布在晶体管发展上取得了革命性的重大突破,3-D结构晶体管史无前例将首次投入批量生产。英特尔推出被称为三栅极(Tri-Gate)的革命性3-D晶体管设计(英特尔曾在2002年首次披露),并将批量投产研发代号Ivy Bridge的22纳米英特尔芯片。1纳米是1米的十亿分之一。 

  

 

  什么是3D晶体管?一起来看看专业的解释吧。    

  英特尔称之为3D晶体管,从技术上讲,应该是三个门晶体管。传统的二维门由较薄的三维硅鳍(fin)所取代,硅鳍由硅基垂直伸出。

  门包围着硅鳍。硅鳍的三个面都由门包围控制,上面的顶部包围一个门,侧面各包围一个门,共包围三个门。在传统的二维晶体管中只有顶部一个门包围控制。英特尔对此作了十分简单的解释:“由于控制门的数量增加,晶体管处于‘开’状态时,通过的电流会尽可能多;处于‘关’状态时,电流会尽快转为零,由此导致能耗降至最低。而且晶体管在开与关两种状态之间迅速切换能够显著的提高电路性能。  

  

 

  英特尔发布3D晶体管技术延伸了摩尔定律。

  摩尔定律: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便会增加一倍,同时其功能和性能将提高,而成本则会降低。40多年来,摩尔定律已经成为半导体行业的基本商业模式。

  科学家早就意识到3-D结构对延续摩尔定律的重要意义,因为面对非常小的设备尺寸,物理定律成为晶体管技术进步的障碍。5月4日宣布的革命性成果,其关键在于英特尔能够把全新的3-D三栅极晶体管设计设入批量生产,开启了摩尔定律又一新时代,并且为各种类型的设备的下一代创新打开了大门。 


  3-D晶体管能够实现前所未有的能耗节省和性能提升。 
  英特尔3-D三栅极晶体管使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,3-D三栅极晶体管能够提供前所未有的高性能和高能效。这些能力让芯片设计师可以根据实际的应用需要灵活地选用低能耗或高性能的晶体管。 
  3-D晶体管问世将继续创新步伐。 
  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平面栅极被超级纤薄的,从硅基体垂直竖起的3-D硅鳍状物所代替。电流控制是通过在鳍状物三面的每一面安装一个栅极而实现的,而不是像2-D平面晶体管那样,只在顶部有一个栅极。更多控制可以使晶体管在“开”的状态下让尽可能多的电流通过(高性能),而在“关”的状态下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。 
  3-D三栅极晶体管首次将用于22nm Ivy Bridge处理器。 
  英特尔展示了全球首个研发代号为Ivy Bridge的22nm微处理器,该处理器可用于笔记本电脑、服务器和台式机。基于Ivy Bridge的英特尔酷睿系列处理器将是首批采用3-D三栅极晶体管进行批量生产的芯片。Ivy Bridge预计将在年底前投入批量生产。 

 

 

 

 

 

 

 

     

    1947年: 
    William Shockley、John Bardeen和Walter Brattain在贝尔实验验成功开发出首个晶体管。 
    1950年: 
    William Shockley开发出双极结型晶体管,就是现在通行的标准晶体管。 
    1954年: 
    首款晶体管收音机RegencyTR1上市,这种收音机里面只包含四个锗晶体管。 
    1961年: 
    罗伯特・诺伊斯获得首个集成电路专利。最初的晶体管对于收音机和电话而言已经足够,但是更新的电子设备要求规格更小的晶体管-集成电路。 
    1965年: 
    摩尔定律诞生-戈登・摩尔在《电子杂志》发表的文章中预测:未来芯片上晶体管的数量大约每年翻一倍(10年后,修正为每两年翻一倍)。三年后,摩尔和诺伊斯创建了英特尔公司,英文名Intel即“集成电子(Integrated Electronics)”的缩写。 
    1969年: 
    英特尔开发出首个成功的PMOS硅栅极晶体管技术。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: 
    英特尔推出首个微处理器-4004。4004的规格为1/8英寸X1/16英寸,包含2250个晶体管,采用英特尔10微米PMOS技术在2英寸晶圆上产生。 
    1985年: 
    英特尔386微处理器问世,含有275000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,可同时运行多个程序。最初是使用1.5微米CMOS技术制造的。 
    2002年: 
    英特尔发布了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工艺中采用应变硅。 
    2007年: 
    英特尔公布采用突破性的晶体管材料-高-K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处理器的数以亿计的45纳米晶体管中用来构建绝缘“墙”和开关“门”,研发代号为Penryn. 
    2011年5月4日: 
    英特尔宣布将批量生产一种全新的晶体管设计。三栅极晶体管将在各种计算设备中(从服务器到台式机,从笔记本电脑到手持式设备)实现前所未有的高性能和能效。 

 

  台积电:      ARM: 

  台积电表示,在2D芯片容量达到极限之前,公司不会启用3D晶体管技术生产半导体,而且3D技术的基础条件尚不成熟。台积电是英特尔竞争对手高通和英伟达等的核心代工商。台积电表示,虽然新设计能让英特尔拥有更强大的晶体管,但台积电芯片的互连更好、晶体管密度更高,在总体性能上并不逊于英特尔。

 

  ARM对此威胁(英特尔即将量产3D晶体管芯片)不以为意。该公司市场部执行副总裁Ian Drew表示,事实上这则消息并不那么让人意外,3D技术已经谈论10年了。目前虽是英特尔率先宣布该项技术,但相信随后各家业者都会迎头赶上。他表示,英特尔的最新晶体管实际运行还有待观察,但相信尚不至于威胁到ARM的未来几季获利。

 
  分析师: 

  英特尔(Intel)于日前宣布芯片设计创新,外界认为,主要是为摆脱英国芯片大厂ARM的威胁。ARM对英特尔在微处理器行业的统治地位构成挑战。
  Gartner分析师指出,英特尔新3D Tri-Gate晶体设计将不足以达成该公司在手机与平板计算机市场的野心。 Gartner副总裁杜拉内(Ken Dulaney)表示,英特尔将采用突破技术支持Ivy Bridge22纳米处理器,但它的设计将不足以进入移动市场。 

 

     

 

  四年过去,英特尔又一次发布3D晶体管结构,表示英特尔再次为产业的进步作出巨大贡献。尽管摩尔定律总有一天会受限于尺寸缩小技术而止步不前,但是产业会通过晶体管材料的变化,以及晶体管结构的变革等,仍在继续延伸摩尔定律的寿命。

  实际上讨论定律还能生存多久已没有太多的现实意义。因为半导体业的创新总是层出不穷,而且它已由传统的技术推动转向于依赖市场的推动。因此更为迫切的应该去关注产品的应用市场,以及降低成本来尽可能的满足客户的需求。

——莫大康