英特尔率先过坎 45纳米之战明年打响

芯片业面临瓶颈 高K登场

当业内人士和用户在为英特尔和AMD将芯片产业带入多核时代而欢呼雀跃的时候，孰不知芯片产业及其“圣经”摩尔定律正在遭受芯片发展史上最严峻的挑战和考验。

众所周知，自1970年发明MOS工艺及1973年推出CMOS工艺以来，至今还没有发现可替代它的工艺，足见CMOS工艺的经济合理性。因此，至今硅基材料的应用仍在继续延伸。然而，在晶体管工艺制造中采用二氧化硅作为栅极材料，实质上已逼近极限。如65纳米工艺时，二氧化硅栅极的厚度已降低至1.2纳米，约5个硅原子层厚度，如果再继续缩小，将导致漏电及功耗急剧上升。在半导体制造工艺中采用二氧化硅作为栅介质材料及多晶硅作为栅电极材料的组合已经成功地运行了30多年，一直使用到90纳米还相安无事。之后在65纳米工艺节点时才发现漏电流及功耗急速上升，并开始引起业界的警觉。虽然也曾采用如引变硅等技术来继续延伸，但是自进入45纳米后，矛盾日趋突出，如果想继续缩小尺寸，就必须采用新的材料。由此可见，新材料的出现和应用是推动芯片产业和延续摩尔定律的关键。

实际上，在芯片制造业中存有不同的看法。以英特尔、IBM、AMD等为代表，主张在45纳米阶段就引入高K及金属栅技术；而大部分芯片制造商，包括一流代工厂，台积电等主张应推迟至32纳米。这主要是出于成本的考虑。因为要建一个45纳米芯片厂，至少需要30亿美元；研发45纳米的工艺，要投入至少24亿美元；设计45纳米芯片，要2000万—5000万美元才能设计其中的一个产品。由此可见一般的芯片厂商是难以承受的。但这个螃蟹终究是要有人先吃的，否则整个芯片产业的发展将有可能出现停滞。从这个意义上看，65纳米制程升级为45纳米制程技术并非以往升级所带来的量变，而是脱胎换骨的质变。

为此各家芯片厂商都开始新材料的研究。2007年1月，英特尔展示了全世界第一款45纳米高K处理器，从而有力地证明了自己的制程技术比半导体行业其他厂商领先一年以上。英特尔创始人戈登·摩尔表示：高K和金属栅极材料的使用，标志着自20世纪60年代末多晶硅栅极MOS晶体管推出以来，晶体管技术领域最重大的变革。近日，英特尔正式宣布其45纳米处理器开始量产。

英特尔过坎 创新模式是关键

与65纳米技术相比，45纳米制造工艺可以将晶体管集成度提升2倍左右，并进一步缩小芯片尺寸或增加晶体管数量。这意味着在300mm圆片上可以切割出更多的芯片，从而降低成本。在节能方面，45纳米工艺可降低30%的晶体管切换电源功耗，源漏—极漏电率降低到原来的1/5，栅氧化层漏电率降低到原来的1/10，并大幅度提高晶体管开关速度。具体到应用上，基于X86架构的服务器、PC和笔记本的性能在大幅度提升的同时，功耗反而大幅下降。这无疑符合了当今企业级数据中心的绿色节能趋势，而对于个人用户而言，在提升PC和笔记本使用体验的同时，更低的能耗和更长的电池使用时间会放大用户的这种使用体验。从用户使用体验的角度也可以看出45纳米带来的质的飞跃。英特尔公司中国大区总经理杨叙表示，45纳米技术的诞生是大规模集成电路生产工艺的突破。去年Intel发布的酷睿II是两亿九千万三极管，今天的45纳米双核是四亿一千万个三极管，四核是八亿两千万个三极管，这么多的三极管有很多问题和瓶颈要解决。于是，Intel找到了一种新的金属材料——高K。这个产品的诞生也是Intel第一次使用了无铅的材料，相信对于未来产业会有非常大的推动。

对于英特尔来说，之所以在众多的芯片厂商中率先跨过45纳米的“坎”和其一贯注重芯片领域的持续创新和发展战略的量的积累是密不可分的。例如英特尔的Tick-Tock(钟摆)战略，这里的“Tick”代表着全新的制程技术与增强型微体系结构。相应的“Tock”代表着崭新的微体系结构设计，循环周期为两年。例如采用英特尔45纳米高K制程技术的Penryn处理器家族是最新的“Tick”产物，它包含有众多针对英特尔“酷睿”微体系结构的创新特性，而2008年英特尔将推出下一个“Tock”产物，即代号为Nehalem的新一代微体系结构。继Nehalem之后，英特尔将推出基于32纳米制程技术的处理器。

英特尔的Tick-Tock战略最大限度地降低了芯片产业多米诺骨牌效应的风险，为芯片产业摩尔定律的延续注入了强劲的动力，并为用户最终得到最具性价比的产品和解决方案提供了有力的保证。

AMD明年推45纳米 能否按时量产

当英特尔将把市场和用户带入45纳米的全新时代，让用户得到更低功耗、更高性能的应用体验时，其对手AMD却因为成本和资金的原因仍旧处在90纳米和65纳米的艰难过渡之间，而其自称的最强大的四核巴塞罗那将在45纳米制造工艺的英特尔的Harpertown面前处于下风，之前众多的权威评测表明，基于45纳米制造工艺的英特尔四核Harpertown的综合测试指标已经远远领先于AMD的四核巴塞，更关键的是英特尔是量产，而AMD基本没有量产。此外，英特尔作为平台化的公司，其优势还体现在整个与处理器相关的平台优势和产业链相关厂商的合作，这也就决定了英特尔在服务器的体系结构设计上也是领先的。

尽管如此，AMD还是宣布在明年中期推出自己的首款采用45纳米制造工艺的处理器——上海，如果AMD能够按时将45纳米的“上海”按时发布和量产的话，那么在明年的年中，45纳米的大战就会如期开打了，届时，业内和用户就会多一项选择。但从AMD四核巴塞罗那延期半年推出来看，AMD能否按时推出量产的基于45纳米制造工艺的处理器令人担心。处于资金困扰的AMD虽然近期获得由中东投资者提供的6.22亿美元投资，这笔投资主要用于帮助这家陷入亏损的芯片制造商解决成本上涨的问题。但愿这笔资金能够给AMD注入活力，让AMD的45纳米处理器如期上市。

随着英特尔45纳米的过坎，45纳米制造工艺即将成为市场的主流，未来最大的挑战是32纳米，以及更高级的22纳米。虽然像英特尔这样的半导体巨头已经计划于2009年推出32纳米的处理器产品，但已经有专家表示：居高不下的成本和功耗问题将严重阻碍32纳米技术的发展。