日前，Intel宣布在微處理器晶體管設(shè)計(jì)上取得了一項(xiàng)重大的突破，沿用50多年的傳統(tǒng)2D硅晶體管將實(shí)現(xiàn)3D架構(gòu)，Intel將其命名Tri-Gate。
Intel正式公布3D晶體管技術(shù)
其實(shí)早在2002年Intel即發(fā)現(xiàn)了這一技術(shù)，一直處于試驗(yàn)演示階段，現(xiàn)在終于把它變成了現(xiàn)實(shí)，Intel打算把它融入到22nm的“Ivy Bridge”芯片，Ivy Bridge晶體管的數(shù)量將達(dá)到10億。
32nm二維晶體管與22nm三維晶體管對(duì)比
3D Tri-Gate晶體管架構(gòu)能夠有效提高單位面積內(nèi)的晶體管數(shù)量，使得非常適合輕薄著稱的移動(dòng)設(shè)備，它將取代CPU領(lǐng)域現(xiàn)有的2D架構(gòu)，手機(jī)和消費(fèi)電子等移動(dòng)領(lǐng)域都將應(yīng)用這一技術(shù)。
重大意義1：提高單位面積晶體管的數(shù)量
Intel3D Tri-Gate晶體管機(jī)構(gòu)技術(shù)的實(shí)現(xiàn)，使得單位面積內(nèi)的晶體管數(shù)量得到極大的提高，以往芯片受限于面積限制而無(wú)法設(shè)計(jì)更高性能的產(chǎn)品將不會(huì)存在了。
22nm 3D Tri-Gate實(shí)物圖
22nm 3D Tri-Gate晶體管模型圖
3D Tri-Gate使用一個(gè)薄得不可思議的三維硅鰭片取代了傳統(tǒng)二維晶體管上的平面柵極，形象地說(shuō)就是從硅基底上站了起來(lái)。硅鰭片的三個(gè)面都安排了一個(gè)柵極，其中兩側(cè)各一個(gè)、頂面一個(gè)，用于輔助電流控制，而2-D二維晶體管只在頂部有一個(gè)。由于這些硅鰭片都是垂直的，晶體管可以更加緊密地靠在一起，從而大大提高晶體管密度。
3D Tri-Gate晶體管結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢(shì)
這種設(shè)計(jì)可以在晶體管開(kāi)啟狀態(tài)(高性能負(fù)載)時(shí)通過(guò)盡可能多的電流，同時(shí)在晶體管關(guān)閉狀態(tài)(節(jié)能)將電流降至幾乎為零，而且能在兩種狀態(tài)之間極速切換。Intel還計(jì)劃今后繼續(xù)提高硅鰭片的高度，從而獲得更高的性能和效率。
重大意義2：顯著提升供電效率、降低能耗
全新的3D Tri-Gate能夠提供同等性能的同時(shí)，功耗降低一半。新的接口極大的減少了漏電率。閾值電壓可以得到極大的降低。
晶體管工作在更低的電壓下，功耗也會(huì)得到顯著下降，而我們關(guān)心的處理器的工作頻率也會(huì)得到相應(yīng)的提高。
電壓降低0.2V
相比現(xiàn)在的32nm制程，處理器電壓可降低0.2V。
即使在同等電壓下，新的22nm 3D Tri-Gate晶體管架構(gòu)性能也可提升37%。
產(chǎn)品前景：加速移動(dòng)處理芯片的步伐
我們知道移動(dòng)芯片嚴(yán)重的依賴功耗和體積，Intel 3D Tri-Gate將會(huì)在未來(lái)應(yīng)用到這一領(lǐng)域。
相對(duì)于傳統(tǒng)的2D晶體管結(jié)構(gòu)，晶體管的數(shù)量將得到極大提高，我們印象中的嵌入式芯片的性能將媲美傳統(tǒng)處理器。而移動(dòng)設(shè)備的續(xù)航時(shí)間也會(huì)隨著芯片功耗的降低得到提高。
在新的3D Tri-Gate晶體管架構(gòu)的帶動(dòng)下，移動(dòng)設(shè)備將迎來(lái)新的黃金發(fā)展時(shí)期，技術(shù)的更新速度將明顯加快，同時(shí)將會(huì)有越來(lái)越多的產(chǎn)品面世，屆時(shí)整個(gè)行業(yè)將會(huì)出現(xiàn)欣欣向榮的局面。
產(chǎn)業(yè)影響1：摩爾定律得到延續(xù)
平面晶體管數(shù)量的提升只能純粹的依靠新的工藝，3D Tri-Gate技術(shù)的引入，晶體管數(shù)量提升就變得非常容易了，摩爾定律將會(huì)依舊成立。
從Intel這份路線圖上面我們可以看到不僅僅是22nm，更新的14nm，10nm技術(shù)也在不久的未來(lái)推出。
Tick-Tock成功延伸
之前單鰭片晶體管、多鰭片晶體管、三柵極SRAM單元、三柵極后柵極(RMG)終于擺脫實(shí)驗(yàn)，步入了真實(shí)軌道， Intel可將這一技術(shù)用于大批量的微處理器芯片生產(chǎn)流水線，有效提高產(chǎn)品質(zhì)量和降低成本。
“晶體管將變得更小、更便宜也更加高效”，摩爾定律也有望迎來(lái)新的發(fā)展篇章。
產(chǎn)業(yè)影響2：對(duì)ARM形成強(qiáng)有力的挑戰(zhàn)
采用3D晶體管的英特爾芯片可能會(huì)給ARM構(gòu)成威脅，畢竟ARM是現(xiàn)任移動(dòng)市場(chǎng)的老大。英特爾推出下一代芯片技術(shù)，在微處理器裝上更多的晶體管，并希望借此幫助公司掌握平板、智能手機(jī)市場(chǎng)的話語(yǔ)權(quán)。按照英特爾的計(jì)劃，2011年底將推出采用新技術(shù)的芯片，提供給服務(wù)器和臺(tái)式機(jī)、筆記本，它還會(huì)為移動(dòng)設(shè)備開(kāi)發(fā)新的處理器。
受新技術(shù)發(fā)布消息刺激，ARM的股價(jià)今天大跌7.3%，在倫敦收于5.58英磅。
Matrix分析師阿德里安(Adrien Bommelaer)認(rèn)為，英特爾是否能迅速闖進(jìn)ARM的后院，這還沒(méi)有定論。他說(shuō)：“英特爾顯然想跳出核心PC市場(chǎng)的范圍。關(guān)鍵問(wèn)題是‘它們能推出一款處理器，足夠強(qiáng)大，可以在移動(dòng)計(jì)算領(lǐng)域一爭(zhēng)高下嗎？’”“它們將推出新的芯片，比上一代32納米芯片節(jié)能50%，朝正確方向前進(jìn)了一大步，但是否足夠？我不知道。要知道ARM自己的能效也在進(jìn)步。”
據(jù)英特爾說(shuō)22納米的芯片性能比現(xiàn)在的32納米芯片更高。為了擴(kuò)大制程技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，趕上移動(dòng)競(jìng)賽，上個(gè)月英特爾將2011年資本開(kāi)支提高到102億美元，原定數(shù)額為90億美元，目的是落實(shí)12納米制程的開(kāi)發(fā)。
在制程工藝上，英特爾大大領(lǐng)先于其它芯片商，它可以制造更快更高效的處理器。
自20世紀(jì)60年代以來(lái)，英特爾和其它半導(dǎo)體企業(yè)投入數(shù)十億美元搞研發(fā)，每?jī)赡曜屝酒系木w管數(shù)量翻倍，從而方便產(chǎn)品進(jìn)入到更小更快的小電子產(chǎn)品中。隨著時(shí)間的推進(jìn)，開(kāi)發(fā)和使用先進(jìn)制程技術(shù)成本過(guò)高，許多企業(yè)無(wú)法負(fù)擔(dān)。但分析師說(shuō)，英特爾資金雄厚，能持續(xù)推進(jìn)制程發(fā)展。
花旗集團(tuán)分析師揚(yáng)(Glen Yeung)對(duì)英特爾的新技術(shù)表示贊揚(yáng)，將目標(biāo)價(jià)提高到了27美元，建議買入英特爾股票。他認(rèn)為英特爾在芯片制造上有3-4年優(yōu)勢(shì)，當(dāng)芯片閑置時(shí)，3D晶體管可以減少電流泄露，當(dāng)芯片繁忙時(shí)它能運(yùn)行在更低的電壓下。
下代Ivy Bridge將首次使用3D晶體管
按照Intel的規(guī)劃，Ivy Bridge芯片將首次使用這一技術(shù)，之前我們關(guān)于Ivy Bridge介紹時(shí)提到芯片的架構(gòu)改變不大。而現(xiàn)在Intel給Ivy Bridge注入3D Tri-Gate這一元素后，相信我們認(rèn)識(shí)的22nm版本“Sandy Bridge”將會(huì)獲得質(zhì)的飛躍。
22nm 3D Tri-Gate成功的實(shí)現(xiàn)了性能的飛躍，同時(shí)功耗也得到極大降低，在晶體管關(guān)閉狀態(tài)將電流降至幾乎為零，而且能在兩種狀態(tài)之間極速切換。
22nm的3D Tri-Gate晶體管立體結(jié)構(gòu)在單位面積承載更多的晶體管數(shù)量，助Ivy Bridge晶體管數(shù)量成功突破10億。
伴隨處理性能提升，顯示性能的增強(qiáng)，22nm Ivy Bridge無(wú)疑會(huì)成為Intel的劃時(shí)代意義的產(chǎn)品，我們將拭目以待。
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