浓缩都是精华 IBM半导体技术创新之路

2011-05-25 11:20:53来源: 中关村在线

  也许你没听说过美国国际商用机器公司,但一定听说过IBM;也许你不知道IBM是以机械制表、穿孔打卡机起家,但一定知道深蓝、沃森和Thinkpad品牌。这是一家有着百年历史、为整个世界带来了无数技术创新和先进产品应用的蓝色巨人。今年6月16日,将正式迎来该“蓝色巨人”的百年华诞。

百年IBM谱写了一部部绚丽乐章

百年IBM谱写了一部部绚丽乐章

  百年以来,IBM一直坚守着自己“让世界更美好”的目标和“THINK”信念,专注“转型”和“创新”。在这百年的发展历程中 ,IBM担当起了在商业、科学和社会转型方面扮演着领导者的角色。从螺丝钉、键盘、鼠标到CPU、硬盘、内存到大型机、服务器,它都可以制造;从软件产品到硬件产品到各类解决方案,它都可以提供。长久以来,无论是在美国还是其他世界各地,IBM都拥有极高的声誉。

  此前我们谈到过IBM百年来所推出的经典服务器产品及其操作系统,也介绍了IBM独特的存储创新技术。其实,在半导体技术创新方面,IBM也取得了无数个佳绩。

  作为计算机代名词又恰逢百年华诞我们不能不说IBM;作为人类信息科技的巨大产业链又有着IBM的独特创新和贡献我们不能不说IBM的半导体技术创新。半导体技术整个信息科技的基础领域,在推动人类社会进步与发展的方面, 扮演着十分重要的作用。

  在回顾IBM百年半导体技术创新方面,我们有必要先简要介绍下半导体技术。半导体技术是以半导体为材料(电阻率介于金属 和绝缘体之间并有负的电阻温度系数的物质,最常见的半导体是硅)制作成组件和集成电路的各种技术。半导体技术主要应用 在电子产品中的集成电路板上(IC),对计算机、手机、家用电器、汽车等产品起着不同的控制作用。

半导体材料

半导体材料

  在半导体技术演进方面,主要体现在改善性能、降低能耗、提高可靠性、降低制作成本、优化生产工艺等方面。半导体制造是一项复杂的制作工艺流程,先进的IC所需要的制作程序达上千个步骤,这些步骤先依不同的功能组合成小的单元单元制程 ,如蚀刻、微影与薄膜制程;几个单元制程组成具有特定功能的模块制程如隔绝制程模块、接触窗制程模块或平坦化制程模块等;最后再组合这些模块制程成为某种特定IC的整合制程。

  从这些复杂的制程流程中我们可以看出,半导体技术需要厂商具备先进的技术工艺,同时也要有高度精密的电子仪器设备来进行生产制造。

  在半导体技术领域,IBM创造了无数个奇迹。它是第一个使用铜互连、第一个使用低K值介电物质、第一个使用SOI等技术的公司,也是硅锗工艺的首创者之一,制造出世界上第一块炭纳米晶体管……IBM在S/360计算机上采用大规模集成电路,也预示着集成电路向通用计算机转型的开始。

  在最近10年中,IBM在半导体领域打破了摩尔定律的速度限制。取得了半导体技术的多个创新:

  铜介质

  半导体业界一直有梦想能使用铜作为介质,这样可以获得比铝好 40% 以上的电流传输效率。但是直到最近制造流程才实现了这个目标。让我们从 Edison 的笔记本中翻出一页:IBM 的研究人员使用钨来生产基于铜的芯片,其速度比铝快 25 倍到 30倍。科技界采用了这种技术,通常称之为CMOS XS (其中X代表数字)。

  low-k 绝缘体

  这种技术使用 SiLK 来防止铜线“串扰”,SiLK 是来自Dow Chemical的一种商业材料。

  硅锗合金(SiGe)

  在二极管芯片制造中用来代替功耗更高的砷化镓,SiGe 可以显著地改善操作频率、电流、噪音和电源容量。

  绝缘硅(SoI)

  在硅表面之间放上很薄的一层绝缘体,可以防止晶体管的“电子效应”,这样可以实现更高的性能和更低的功耗。

  应变硅

  这种技术对硅进行拉伸,从而加速电子在芯片内的流动,不用进行小型化就可以提高性能和降低功耗。如果与绝缘硅技术一起使用,应变硅技术可以更大程度地提高性能并降低功耗。

浓缩都是精华 IBM半导体技术创新之路
浓缩都是精华 IBM半导体技术创新之路

  IBM推出的POWER系列架构处理器,也再次将半导体技术推向了一个新高潮。IBM的主流技术是蓝色逻辑系列的130纳米8SF技术,这也就是用来制造PowerPC和Power4芯片的技术,在这里包含了几乎所有IBM开发的技术。其中最先进的是IBM的蓝色逻辑Cu-08技术,可以做出包含7200万个晶体管(门宽度为70纳米)的处理器。

  1990年,IBM推出了集成有80万个晶体管的POWER1,这预示着IBM POWER全新架构的开始。

POWER1架构

POWER1架构

  POWER1与当时其他的RISC处理器不同,它对功能进行了划分,这为这种功能强大的芯片赋予了超量计算的能力。它还有单独的浮点寄存器,可以适应从低端到高端的UNIX工作站。

  最初的POWER1芯片实际上是在一个主板上的几个芯片;后来很快就变成一个RSC(RISC 单一芯片),其中集成了100多万个晶体管。

RIOS-9架构

RIOS-9架构
RIOS-1架构

RIOS-1架构
安全着陆的火星探路者(Mars Pathfinder, MPF)


安全着陆的火星探路者(Mars Pathfinder, MPF)

  POWER1后来也充当了火星探路者的中央处理器,协助人类完成了迄今为止最为成功的星际探测计划之一。它也是后来PowerPC产品线的先驱。

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关键字:IBM  半导体技术  半导体材料

编辑:赵思潇 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/manufacture/2011/0525/article_6038.html
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