3-D and III-V Transistors will be mass production,Moore’s Law Will Go on

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Intel宣布革命性3-D晶体管 22nm Ivy Bridge尝鲜

摘要:5月4日,英特尔宣布在晶体管发展上取得了革命性的重大突破–被称为三栅极(Tri-Gate)的世界上首款3-D晶体管进入生产技术阶段。使用3-D三栅极晶体管的22纳米英特尔芯片(代号为Ivy Bridge)将在2011年底进行批量生产。

标签:英特尔  3-D三栅极晶体管 Ivy Bridge

5月4日,英特尔宣布在晶体管发展上取得了革命性的重大突破–被称为三栅极(Tri-Gate)的世界上首款3-D晶体管进入生产技术阶段。使用3-D三栅极晶体管的22纳米英特尔芯片(代号为Ivy Bridge)将在2011年底进行批量生产。

3-D三栅极晶体管续写摩尔神话

晶体管是现代电子设备的基石。自五十多年前硅晶体管发明以来,我们使用的一直是2-D平面晶体管。3-D三栅极晶体管则代表着晶体管结构的根本性转变: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(两侧和顶部各有一个栅极),而不像2-D平面晶体管那样,旨在顶部有一个栅极。更多的控制可以使晶体管在”开”的状态下让尽可能多的电流通过(为了获得更高性能),而在”关”的状态下尽可能让电流接近零(为了获得更低能耗),同时实现在这两种状态之间的迅速切换(也是为了获得更高性能)。

32nm平面与22nm立体对比

22nm 3-D Tri-Gate晶体管结构简图

就象通过盖高楼大厦而获得更多使用空间一样,这种3-D三栅极晶体管结构提供了一种管理晶体管密度的方式。由于这些鳍状物本身是垂直的,晶体管也可以更加紧密地封装起来。而且,未来设计师还可以不断增加鳍状物的高度,从而获得更高的性能和能效。

Intel声称,与32纳米平面晶体管相比,22纳米3-D 三栅极晶体管可带来最多37%的性能提升,而且同等性能下的功耗减少一半,这意味着它们更加适合用于小型掌上设备。

很多人都听说过著名的摩尔定律,即晶体管密度大约每18个月便会增加一倍,同时其功能和性能将提高,成本则会降低。40年来,摩尔定律已经成为半导体行业的基本商业模式。然而,随着处理器制程的不断提高,延续摩尔定律也变得越来越困难。

事实上,英特尔的科学家早在2002年就发布了三栅极晶体管设计,接着是单鳍片晶体管展示(2002年)、多鳍片晶体管展示(2003年)、三栅极SRAM单元展示(2006年)、三栅极后栅极(RMG)工艺开发(2007年),直至今日方才真正成熟。这一突破的关键之处在于,Intel可将其用于大批量的微处理器芯片生产流水线,而不仅仅停留在试验阶段。摩尔定律也有望继续保持活力。

不过,在英特尔高级院士马博(Mark Bohr)看来:”3-D三栅极晶体管实现了前所未有的性能提升和能耗节省,这一里程碑的意义要比单纯跟上摩尔定律的步伐更深远。低电压和低电量的好处,远远超过我们通常从一代制程升级到下一代制程所得到的好处。它将让产品设计师能够更加灵活地将现有设备创新的更智能,并且有可能开发出全新的产品。”

ARM王位难保?

在记者看来, 尽管3-D 三栅极晶体管在性能上实现了惊人的37%的提升,但其在能耗上的提升,可能对英特尔的未来的影响更深远,甚至可能改变整个移动互联处理器市场格局。

当前,在手持设备和平板电脑处理器领域,ARM占据了90%的市场,可谓当之无愧的老大,而ARM芯片的主要优势就是低能耗。英特尔一直借凌动处理器来进攻该市场,但效果并不是特别理想。主要的理由也就是能耗逊色于ARM芯片。如今,3-D 三栅极晶体管实现了前所未有的低能耗,势必对ARM芯片的王者地位造成巨大挑战。在发布会现场,记者曾经向英特尔半导体(大连)有限公司柯必杰(kirby Jefferson)求证过基于3-D 三栅极晶体管的22奈米芯片与ARM芯片之间能耗孰优孰劣的问题。柯必杰回答说:”我还不能给你具体数据,但我们英特尔内部有实验比对数据,我只能说我们的处理器无论是性能还是能耗都有极大的优势。”

不过,英特尔表示,会优先生产基于3-D 三栅极晶体管的服务器和台式机芯片。柯必杰表示那毕竟是目前英特尔的主要领域,无疑,3-D 三栅极晶体管将使得英特尔在22纳米甚至14纳米时代保持巨大的领先优势。

可以预见的是,不久的将来,我们将迎来更轻更薄更高性能也更加环保的各种电子设备。总之,这将又是一场可能影响我们整个社会的技术革命。

本文转载自企业级IT信息服务平台-网界网-CNW.com.cn
原文地址:http://www.cnw.com.cn/server-x86/htm2011/20110505_224000_2.shtml

更多图片见:http://tech.163.com/digi/11/0505/10/739JUKFF00162OUT_2.html

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雁过留声

“3-D and III-V Transistors will be mass production,Moore’s Law Will Go on”有8个回复

  1. 雅各 于 2011-05-08 3:29 下午

    首席,这个37%的性能提升,就是指计算性能吗?

  2. kevin 于 2011-05-08 3:33 下午

    提高电气性能,是让晶体管工作在更高频率的基础

  3. Lucifer 于 2011-05-10 9:21 上午

    第二张图的英文:
    Gate electrode controls silicon fin from three sides providing improved sub-threshold slop, Inversion layer area increased for higher drive current, process cost adder is only 2-3%

    翻译 by Lucifer:
    栅电极从三个方向控制(源漏极间)硅板提升了亚阈值漏电表现,转化层面积的提升可以让驱动电流达到更高,工艺成本增加只有2~3%

    标题:
    Fully Depleted Tri-Gate Transistor,全耗尽三栅极晶体管

  4. Lucifer 于 2011-05-10 9:28 上午

    啊……说的不是这个图,这个图上的是
    3-D Tri-Gate transistors form conducting channels on three sides of a vertical fin structure, providing “fully depleted” operation, Transistors have now entered the third dimension!

    3D三栅极晶体管在一个垂直的鳍板构造的三个面上形成传导通道,从而支持一个“全耗尽”型的工作方式,晶体管现在进入了第三维!

  5. KY 于 2011-05-10 9:55 下午

    说的那么好,为何现在IvyBridge 的良率低得可怜,连内部开发的需要都满足不了,估计任重而道远。

  6. Lucifer 于 2011-05-11 6:13 下午

    又看了下,发现标题的“III-V”在文内完全没体现啊……这标题自己起的吧

  7. IvyBridge 于 2011-05-13 7:59 上午

    5.KY 于 2011-05-10 9:55 下午
    说的那么好,为何现在IvyBridge 的良率低得可怜,连内部开发的需要都满足不了,估计任重而道远。
    ———–良率早大幅度改善了,不知道楼上是不是火星人

  8. IvyBridge 于 2011-05-13 8:00 上午

    4月才开始生产的,现在量肯定不是很大