英特爾運用新 3-D 立體結構帶來電晶體革新

分類: PC零組件 市場訊息   5/11/2011   Intel
[偉大的城堡-Great Castle]


英特爾公司宣布電晶體演進的重大突破。電晶體乃是現代電子產品中十分微小的基礎元件。自從矽電晶體在50年前發明以來,首度採用3D立體結構的電晶體即將邁入量產。英特爾於2002年首次公開命名為Tri-Gate的革命性3D立體電晶體設計。22奈米製程晶片(內部代號為Ivy Bridge),將邁入量產。1奈米為1公尺的10億分之1。

3-D、三閘(Tri-Gate)電晶體意味著將完全擺脫2D平面電晶體結構。迄今為止,不僅所有電腦、手機、消費電子產品,甚至連汽車、飛機、家用電器、醫療設備、以及成千上萬種日常裝置內的電子控制元件,在過去數十年皆使用平面結構的電晶體。

英特爾總裁暨執行長歐德寧(Paul Otellini)表示:「英特爾的科學家與工程師們以3-D立體的設計再次徹底革新電晶體。該技術不僅將創造出許多為世界帶來不同面貌的驚奇產品,同時,也將摩爾定律推升至新的境界。」

科學家們很早便認同3-D立體電晶體結構能延續摩爾定律的準確性,因為當電路尺寸微縮到一定程度時,物理定律就變成微型化的障礙。今日發表的突破性成果,在於英特爾有能力使創新的3-D、三閘(Tri-Gate)電晶體設計進入量產,這不僅開啟摩爾定律的新時代,更為各種裝置打開一扇大門,跨入創新的新世代。

摩爾定律預測矽元件技術的發展速度,指出電晶體的密度大約每兩年就會倍增,功能與效能攀升,成本則隨之下滑。在過去40多年來,摩爾定律已成為半導體產業在經營上所依循的基本規律。

前所未見的省電效率與效能提升

英特爾的3-D、三閘(Tri-Gate)電晶體讓晶片能在更低的電壓下運作,且降低漏電,相較於先前最先進的電晶體,不僅效能提升且更加省電。這些功能讓晶片設計人員掌握充裕彈性,能根據應用的需要選擇適合的電晶體,以達到低功耗或高效能的目標。

22奈米的3-D、三閘(Tri-Gate)電晶體在低電壓模式,其效能較英特爾的32奈米平面電晶體高出37%。如此出色的性能提升,讓這種新晶片適用於各種迷你掌上型裝置,在運作時能減少電晶體在開啟/關閉反覆切換所耗費的電力。相較於內含2D平面電晶體的32奈米晶片,新型電晶體在維持相同效能時耗電量縮減近一半。

英特爾資深研究院士Mark Bohr表示:「英特爾獨特的3-D、三閘(Tri-Gate)電晶體所帶來的效能提升與省電,是我們前所未見的非凡表現。這項里程碑的意義絕對不只是延續摩爾定律的準確性。3-D電晶體帶來低電壓與低耗電的優勢,遠遠超越一般前後兩世代製程之間的提升幅度。它將賦予產品設計人員充裕的彈性,為現今的裝置加入更多智慧功能,還能開發出全新類型的產品。我們相信這項突破性技術將進一步擴展英特爾在半導體產業的領先優勢。」

延續創新的步伐 – 摩爾定律

隨著英特爾共同創辦人高登摩爾所提出之摩爾定律所預測的速度,電晶體持續變小、更便宜、而且更省電。因此,英特爾能夠創新研發、整合、以及加入更多功能與運算核心到每顆晶片,一方面提升效能,同時亦降低每個電晶體的製造成本。

在22奈米世代,想要延續摩爾定律的準確性,業界面臨更加複雜的挑戰。由於預見這種情況,英特爾的研究科學家在2002年發明了他們稱為Tri-Gate的電晶體,取這個名字是因為閘極有三個面。今日宣布的訊息是經歷多年研發的成果,結合英特爾的研究/開發/製造團隊,使這項成果將邁入大量生產的階段。

3-D、三閘(Tri-Gate)重新打造了電晶體。傳統的“平面” 2D閘極換成3D矽晶薄片,這些做成薄片狀的電晶體垂直接附在矽基板的表面上。薄片三個平面上各置有一個閘極,用來控制電流 – 兩側各有一個,第三個則置於頂端,而2D平面電晶體則只有在頂端處置有唯一一個閘極。更多的控制元件讓電晶體在切換至「開啟」狀態(以提高效能)時能流入更多的電流,而在「關閉」狀態(達到最低的耗電)時讓電流盡可能接近於零,並且讓電晶體能快速在兩種狀態之間切換(以達到更好的效能)。

摩天高樓讓都市規劃人員得以向天空疊高樓層,以構築出更多的活動空間,英特爾的3-D、三閘(Tri-Gate)電晶體結構透過類似的方式來提升密度。由於這些電晶體薄片是垂直置於基板上,因此電晶體能靠得更近,這對技術以及摩爾定律預測的經濟效率而言至關重要。在未來的世代,產品設計師可持續提高電晶體薄片的高度,藉此達到更高的效能與省電性。

摩爾表示,「多年來我們在電晶體微縮時持續面臨重重的極限。基本結構的改變,是一種真正革命性的做法,使得摩爾定律能延續創新的歷史步調。」

全球首款22奈米3-D、三閘(Tri-Gate)電晶體的展示

3-D、三閘(Tri-Gate)電晶體將運用在英特爾即將上線的22奈米節點,將能配合電晶體的線路尺吋。在一個英文句點大小的晶粒上就能放入超過600萬個22奈米Tri-Gate電晶體。

英特爾 5日展示全球首款22奈米微處理器,這款代號為“Ivy Bridge”的處理器能用在筆記型電腦、伺服器、以及桌上型電腦。Ivy Bridge系列Intel Core (酷睿)處理器將是第一批採用3-D、三閘(Tri-Gate)電晶體的量產晶片。Ivy Bridge處理器預計在今年底前開始量產。

這項矽晶科技的突破亦將協助開發更高整合度的Intel Atom(凌動)處理器,讓內含這些新處理器的產品能擁有更優異的效能、功能、以及與Intel架構相容的軟體,滿足各個市場對於整體耗電、成本、以及尺寸等方面的需求。

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