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3D晶体管

3D晶体管

3D晶体管的技术介绍

  •   如下图。传统“平面的”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),而不是像2-D平面晶体管那样,只在顶部有一个栅极。更多控制可以使晶体管在“开”的状态下让尽可能多的电流通过(高性能),而在“关”的状态下尽可能让电流接近零(即减少漏电,低能耗),同时还能在两种状态之间迅速切换,进一步实现更高性能。

    3D晶体管的技术介绍

      就像摩天大楼通过向天空发展而使得城市规划者优化可用空间一样,英特尔的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,晶体管也能更紧密地封装起来--这是摩尔定律追求的技术和经济效益的关键点所在。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。

3D晶体管的结构与性能

  •   其实早在2002年Intel即发现了这一技术,一直处于试验演示阶段,现在终于把它变成了现实,Intel打算把它融入到22nm的“Ivy Bridge”芯片,Ivy Bridge晶体管的数量将达到10亿。

      3D Tri-Gate晶体管架构能够有效提高单位面积内的晶体管数量,使得非常适合轻薄着称的移动设备, Tri-Gate晶体管机构技术的实现,使得单位面积内的晶体管数量得到极大的提高,以往芯片受限于面积限制而无法设计更高性能的产品将不会存在了。

      3D Tri-Gate使用一个薄得不可思议的三维硅鳍片取代了传统二维晶体管上的平面栅极,形象地说就是从硅基底上站了起来。硅鳍片的三个面都安排了一个栅极,其中两侧各一个、顶面一个,用于辅助电流控制,而2-D二维晶体管只在顶部有一个。由于这些硅鳍片都是垂直的,晶体管可以更加紧密地靠在一起,从而大大提高晶体管密度。这种设计可以在晶体管开启状态(高性能负载)时通过尽可能多的电流,同时在晶体管关闭状态(节能)将电流降至几乎为零,而且能在两种状态之间极速切换。Intel还计划今后继续提高硅鳍片的高度,从而获得更高的性能和效率。

      全新的3D Tri-Gate能够提供同等性能的同时,功耗降低一半。新的接口极大的减少了漏电率。阈值电压可以得到极大的降低。晶体管工作在更低的电压下,功耗也会得到显着下降,而我们关心的处理器的工作频率也会得到相应的提高。相比现在的32nm制程,处理器电压可降低0.2V。即使在同等电压下,新的22nm 3D Tri-Gate晶体管架构性能也可提升37%。

3D晶体管的作用

  •   3D晶体管最重要的作用,其实可以归结为两点:一是CPU低电压的性能大幅度提升,Intel公布的数据是比现有32nm晶体管提升37%;二是跟32nm相同性能的晶体管相比,耗电量只需要一半。

      同时,3D晶体管还对控制成本方面非常有利,Intel公布3D晶体管的制造成本仅提升2%~3%。

3D晶体管的产业影响

  •   产业影响1:摩尔定律得到延续

      平面晶体管数量的提升只能纯粹的依靠新的工艺,3D Tri-Gate技术的引入,晶体管数量提升就变得非常容易了,摩尔定律将会依旧成立。

      从Intel这份路线图上面我们可以看到不仅仅是22nm,更新的14nm,10nm技术也在不久的未来推出。

      之前单鳍片晶体管、多鳍片晶体管、三栅极SRAM单元、三栅极后栅极(RMG)终于摆脱实验,步入了真实轨道, Intel可将这一技术用于大批量的微处理器芯片生产流水线,有效提高产品质量和降低成本。“晶体管将变得更小、更便宜也更加高效”,摩尔定律也有望迎来新的发展篇章。

      产业影响2:对ARM形成强有力的挑战

      采用3D晶体管的英特尔芯片可能会给ARM构成威胁,毕竟ARM是现任移动市场的老大。英特尔推出下一代芯片技术,在微处理器装上更多的晶体管,并希望借此帮助公司掌握平板、智能手机市场的话语权。按照英特尔的计划,2011年底将推出采用新技术的芯片,提供给服务器和台式机、笔记本,它还会为移动设备开发新的处理器。

      受新技术发布消息刺激,ARM的股价今天大跌7.3%,在伦敦收于5.58英磅。

      Matrix分析师阿德里安(Adrien Bommelaer)认为,英特尔是否能迅速闯进ARM的后院,这还没有定论。他说:“英特尔显然想跳出核心PC市场的范围。关键问题是‘它们能推出一款处理器,足够强大,可以在移动计算领域一争高下吗?’”“它们将推出新的芯片,比上一代32纳米芯片节能50%,朝正确方向前进了一大步,但是否足够?我不知道。要知道ARM自己的能效也在进步。”

      据英特尔说22纳米的芯片性能比现在的32纳米芯片更高。为了扩大制程技术的优势,赶上移动竞赛,上个月英特尔将2011年资本开支提高到102亿美元,原定数额为90亿美元,目的是落实12纳米制程的开发。

      在制程工艺上,英特尔大大领先于其它芯片商,它可以制造更快更高效的处理器。

      自20世纪60年代以来,英特尔和其它半导体企业投入数十亿美元搞研发,每两年让芯片上的晶体管数量翻倍,从而方便产品进入到更小更快的小电子产品中。随着时间的推进,开发和使用先进制程技术成本过高,许多企业无法负担。但分析师说,英特尔资金雄厚,能持续推进制程发展。

      花旗集团分析师扬(Glen Yeung)对英特尔的新技术表示赞扬,将目标价提高到了27美元,建议买入英特尔股票。他认为英特尔在芯片制造上有3-4年优势,当芯片闲置时,3D晶体管可以减少电流泄露,当芯片繁忙时它能运行在更低的电压下。

提问者:tracy87 地点:- 浏览次数:8116 提问时间:05-25 05:27
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