英特爾公司於今日宣佈一項重大的基礎電晶體設計突破，以兩種全新材料製作 45 奈米 (nm) 電晶體絕緣層 (insulating wall) 和開關閘極 (switching gate)。下一代 Intel® Core™ 2 Duo (Intel® 酷睿™2 雙核心處理器)、Intel® Core™2 Quad (Intel® 酷睿™2 四核心處理器) 和 Xeon® 多核心處理器系列，將使用上億個這種超小型電晶體 (或開關)。英特爾亦表示，該公司正在試產及測試五款初期版本產品，也是 15 款 45 奈米處理器產品計畫中的第一批。

新型電晶體將讓英特爾的個人電腦、筆記型電腦和伺服器處理器執行速度持續突破紀錄，並減少電晶體漏電 (electrical leakage)，漏電會阻礙晶片和個人電腦的設計、大小、耗電量、雜訊與成本的開發。今日的宣佈也將確保摩爾定律 (Moore's Law)–即電晶體數目每兩年就會倍增的高科技產業定律–可以再延續到未來十年。

英特爾相信該公司技術已持續領先其他半導體業者一年以上，並率先推出首款代號為“Penryn”之新一代 45 奈米產品系列處理器原型樣品 (working processor)。首批產品目標將鎖定五大電腦市場，並可執行 Windows* Vista*、Mac OS X*、Windows* XP 和 Linux 作業系統以及各種應用程式。英特爾依照計畫，將於今年下半年進行 45 奈米產品的量產。

英特爾 45 奈米電晶體採用 high-k 材料和金屬閘極

英特爾領先業界，採用全新材料組合製作 45 奈米產品，大幅降低漏電同時提升效能。英特爾將採用被稱為 high-k 的新材料來製作電晶體閘極電介質 (transistor gate dielectric)，而電晶體閘極的電極 (transistor gate electrode) 也將搭配採用新的金屬材料組合。

英特爾創辦人之一摩爾 (Gordon Moore) 表示：「採用 high-k 和新金屬材料，代表著自 1960 年代後期金屬氧化半導體 (MOS) 引進多晶矽 (polysilicon) 閘極以來，電晶體技術所面臨的最大改變。」。

電晶體就是超小型開關，負責處理數位世界的 0 和 1。閘極負責開啟和關閉電晶體，而閘極電介質則是閘極下的絕緣層，隔離閘極和電流流動的通路。金屬閘極和 high-k 閘極電介質的組合可產出漏電極低且效能突破紀錄的電晶體。

英特爾資深研究院士 (Intel Senior Fellow) 波爾 (Mark Bohr) 指出：「由於單一矽晶片上的電晶體數量愈來愈多，業界持續在研究減少漏電的解決方案。英特爾的工程師和設計師在此展現卓越成果，確保英特爾產品和創新的領導地位。英特爾的 45 奈米製程技術採用創新的 high-k 和金屬閘極電晶體，因此能提供更快、耗電更少的多核心產品，持續強化我們成功的 Intel Core 2 和 Xeon 系列處理器產品，並使摩爾定律得以再延展十年。」

如果與實際物體進行比較，400 個英特爾 45 奈米電晶體約等同於人類單一紅血球的表面積。僅僅十年前，最先進的製程採用的是 250 奈米 (等於 0.25 微米)，製造出來的電晶體大小約為英特爾今天宣佈新技術大小的 5.5 倍，體積更達 30 倍之多。

根據摩爾定律，晶片上的電晶體數目約每兩年倍增，因此英特爾能透過創新和整合，加入更多功能和運算核心、提升效能、並降低生產成本和每顆電晶體的成本。為了維持創新速度，電晶體必須不斷縮小。但如果繼續採用現今的材料，再縮小電晶體時就會遇上極限–當電晶體已經縮到原子大小的尺寸時，耗電和散熱會增加。為持續推動摩爾定律以及因應資訊時代的經濟需求，必須要採用新材料。

英特爾 45 奈米製程之 high-k 和金屬閘極的組成

由於二氧化矽具有易製性 (manufacturability)，且能夠減少厚度以持續改善電晶體效能，因此過去 40 餘年來都採用二氧化矽做為製作閘極電介質的材料。英特爾的 65 奈米製程已成功將二氧化矽閘極電介質厚度降低到 1.2 奈米–相當於 5 層原子，但厚度減少導致閘極電介質的漏電增加，產生電流浪費和不必要的熱能增加的情形。

業界認為隨著二氧化矽閘極電介質厚度減少所引發的電晶體閘極漏電增加情形，是摩爾定律面臨的最大技術挑戰。為了解決這個關鍵問題，英特爾以較厚的 high-k 材料 (以鉿 (hafnium) 元素為基礎)，取代沿用至今已超過 40 年的二氧化矽作為閘極電介質，使漏電量降低 10 倍以上。

由於 high-k 閘極電介質和現有矽閘極並不相容，英特爾的 45 奈米電晶體設計也必須開發新金屬閘極材料。雖然新金屬的細節仍是商業機密，但英特爾的新電晶體閘極將使用不同金屬材料的組合。

英特爾的 45 奈米製程採用 high-k 閘極電介質和金屬閘極，能增加驅動電流 20% 以上，等於提升電晶體效能。源極-汲極 (source-drain) 漏電則減少五倍以上，改善電晶體耗電量。

與前一代技術相較，英特爾的 45 奈米製程也改善電晶體密度近兩倍，因此英特爾得以增加處理器之電晶體總數，或縮小處理器體積。因為 45 奈米電晶體比前一代製品更小，開關時所需電力更低，因此在開關運作時耗電量減少近 30%。英特爾將在 45 奈米的內部連接線 (interconnects) 採用銅線搭配 low-k 電介質，以提升效能並降低耗電量。英特爾也將使用創新設計法則和先進光罩技術，將 193 奈米乾式微影技術 (dry lithography) 延伸應用在 45 奈米處理器上，以善用其成本優勢和高易製性。

Penryn 系列處理器電源管理效能更為精進

Penryn 系列處理器衍生自 Intel Core 微架構，也代表引領進入英特爾每隔一年提供新製程技術和新微架構的快速發展時程。英特爾採領先業界的 45 奈米製程、量產能力和先進的微架構設計，率先發展出第一個 45 奈米 Penryn 處理器原型樣品。

英特爾正在開發 15 款以上的 45 奈米產品，範圍涵蓋桌上型電腦、筆記型電腦、工作站和企業市場。45 奈米製程的 Penryn 處理器系列，其雙核心處理器內建超過 4 億個電晶體，四核心處理器更超過 8 億個電晶體，內含新微架構功能，可提升效能和電源管理功能、帶來更高的核心運算速度、以及高達 12 MB 的快取記憶體。Penryn 系列設計也包括約 50 種新的 Intel SSE4 指令，擴充執行多媒體和高效能運算應用時的能力和性能。

(註：亦請參考英特爾“Manufacturing”線上頻道 http://intel.feedroom.com 中，有關英特爾工程師和設計師的訪談實錄)