45纳米时代

2007-10-10 09:03:05来源: 互联网周刊
我们的家中和办公室里已经塞满了电脑、手机这样内嵌了芯片的电子产品,我们真的需要还全套新玩意儿么?芯片制造业断定消费者仍然有此需求。

与前一代技术65纳米乃至90纳米相比,45纳米就好比是填充木桶的“沙子”,它可以干更多的事情:这是芯片制造工艺上的一个质的飞跃,它可以在不增加芯片体积的前提下,在相同体积内集成多达将近一倍的晶体管,使芯片的功能得到扩展,也使得集成更多缓存变得轻而易举。

这意味着什么呢?对CPU芯片来说,45纳米制程代表着更加出色的性能,谁先掌握了45纳米制程技术就意味着有更多机会把对方率先击倒在地。在芯片制造领域,一场围绕制造工艺的竞赛正在展开,包括英特尔、AMD、IBM、富士通、高通、三星等半导体厂商都不约而同将45纳米列入了发展日程。

下一代制程大战

对技术巨擎们来说,这场竞争好比群雄逐鹿的F1大奖赛,尽管大家最终都会到达同样的终点,但所有参赛选手都在力图率先撞线,以独享镁光灯和香槟美酒的殊荣。

截至目前,英特尔公司占据了上风。早在去年年初,英特尔就披露了其45纳米工艺的初始细节,并声称已经制造出了世界上首批基于45纳米技术的芯片。目前,英特尔正在开发的45纳米制程产品超过15种,涵盖台式机、笔记本、工作站和企业版产品领域,代号为“Penryn”的45纳米处理器即将在今年第三季度推出。而在10月底之前,英特尔新投产的名为“Fab 32”的工厂将能实现大规模的45纳米处理器的制造。

这将大大提高英特尔公司的产品竞争力。据英特尔中国区产品总监洪力介绍说,45纳米Penryn双核处理器中含有4亿多个晶体管,四核处理器中含有8亿多个晶体管,该系列处理器采用了全新的微体系架构特性,拥有更强的性能和电源管理能力,更高的核心速度以及高达12兆字节的缓存。可以想象,应用了该款处理器的电脑,不仅运行速度更快,在节能方面也将更胜一筹。

需要提及的是,新的工艺制程只是英特尔双塔奇谋的一路兵力。近年来,英特尔为了遏制竞争对手,采取了新的Tick-Tock(钟摆)战略,即每逢奇数年更新一次工艺制程,每逢偶数年更新一次体系架构,两者交错进行。比如2006年,英特尔推出了酷睿2微体系架构,今年则推出了45纳米工艺制程,再往后,将是新一代的体系架构和32纳米技术先后出现。洪力解释说,之所以两方面交错进行,是为了提高技术推广的成功率,“毕竟同时更新体系架构和工艺制程,研发难度更大,市场也不容易接受。”

在对手的强大压力下,AMD也宣布了其向45纳米进军的计划,它将同IBM公司展开合作,从2008年开始生产45纳米的处理器。而目前,AMD的生产线还处于从90纳米向60纳米的过渡阶段,对于公司在工艺制程落后于人的现状,AMD服务器及工作站产品全球业务经理庄富瑞解释说,客户购买的是处理器产品而不是纳米,AMD能够在65纳米的水平下将功耗控制在英特尔需要45纳米才能接近的水平,所以不能简单地用纳米来衡量处理器的先进程度。

不仅是PC领域,手机也有望迎来45纳米时代。8月初,高通公司宣布首款利用45纳米处理技术的芯片已完成设计,它拥有更快的速度、更低的功耗以及更高的集成度,同时还能在每个晶片上提供更多管芯,从而降低管芯成本。低能耗芯片对手机产品来说非常关键,它意味着我们将来的手机可以待机更长时间,并且操作反应更加灵活。

瓶颈问题

是否45纳米时代已经触手可及?科学家告诫说,在通往45纳米时代的路上依然存在一些障碍,其中首当其冲的是晶体管漏电问题。

晶体管漏电已经是产业顽疾。事情是这样的:随着芯片中晶体管数量增加,原本仅数个原子层厚的二氧化硅绝缘层会变得更薄,进而导致泄漏更多电流,泄漏的电流又增加了芯片的额外功耗。这是一个难以治愈的恶性循环,从90纳米时代就已经开始困扰芯片制造商,65纳米和45纳米工艺更是面临艰巨的挑战。为了解决这一问题,芯片厂商的通常做法就是维持核心电压不变甚至提高,这就导致了功耗居高不下。

降低CPU的核心电压已经成为当务之急,这也逼迫芯片厂商通过其它途径来解决晶体管漏电问题。英特尔公司做出了积极尝试,它采用了一种新型金属材料—专有的高-k介质材料作为晶体管介质,这种介质和金属栅极的组合使晶体管漏电量非常低,性能大为提升。“这是自上世纪60年代晚期推出多晶硅栅极金属氧化物半导体(MOS)晶体管以来,晶体管技术领域里最重大的突破。”英特尔公司联合创始人戈登·摩尔说。

这也并非万全之策。新材料的采用在有效控制晶体管漏电同时,也带来一些副作用,即信号延迟。用铜来代替铝作为互联材料降低信号延迟大约40%,而新型高-k介质则使得信号延迟又降低20%左右。要解决信号延迟难题,就必须寻找新的解决方案,光互连技术开始浮出水面,它将把芯片业引入光学、物理学以及IC制造的交叉性新领域。目前,多家厂商已开始开发该技术,包括IBM和安捷伦公司甚至收到了美国国防部3000万美元的资助。

对于普通消费者而言,讨论如何迎接即将到来的45纳米时代更加现实一些。毫无疑问,我们需要继续更新自己的电脑、手机产品,才能不断适应新的时代,这似乎是一个没有终点的循环,好在,这个循环是螺旋上升的。假使你不吝惜开支努力跟风的话,芯片厂商的努力也就没有白费了。

关键字:晶体管  扩展  缓存

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