英特爾(Intel)稍早前推出了基于人們期待已久，稱之為三閘(tri-gate)的 3D 電晶體所設(shè)計(jì)的 22nm 制程。三閘極電晶體首次披露是在2002年，而今，它將成為英特爾 22nm 節(jié)點(diǎn)的基礎(chǔ)。另外，英特爾還展示了全球首個(gè) 22nm 的微處理器(代號(hào) Ivy Bridge )。

    Ivy Bridge 以該公司 Core系列處理器為基礎(chǔ)，它將是首批采用三閘電晶體量產(chǎn)的晶片。Ivy Bridge預(yù)備今年底可進(jìn)入量產(chǎn)。

    然而，英特爾仍未宣布 22nm 的行動(dòng)處理器──用于抵御來自 ARM 陣營的競(jìng)爭(zhēng)威脅。

    英特爾的22nm制程也將基于英特爾的第三代high-k/金屬閘方法。它也將使用銅互連、應(yīng)變矽和其它特性。同時(shí)，就像32nm制程，英特爾也將采用193nm浸入式微影技術(shù)。

    英特爾并未透露更多有關(guān)low-k互連技術(shù)的細(xì)節(jié)。但英特爾堅(jiān)稱并未使用絕緣矽(SOI)技術(shù)。據(jù)英特爾表示， SOI 晶圓將增加10%左右的總制程成本。

    三閘電晶體象徵著IC產(chǎn)業(yè)的一次重大轉(zhuǎn)變。數(shù)十年來，這個(gè)產(chǎn)業(yè)一直使用傳統(tǒng)‘平坦’的2D平面閘極。而英特爾尋求以更薄而且能在矽基板上垂直升起的3D矽鰭薄片來取代平面閘極。。

    其他領(lǐng)先的晶片制造商也都在尋找在多閘極電晶體架構(gòu)，包括IBM的fab club、臺(tái)積電(TSMC)等。在英特爾之外，這種三閘極電晶體技術(shù)被稱作 FinFET。臺(tái)灣的臺(tái)積電計(jì)劃在14nm節(jié)點(diǎn)推出其最初的FinFET。

    至少未來三年，英特爾將在多閘極電晶體競(jìng)賽中領(lǐng)先，英特資深院士暨處理器架構(gòu)及整合制程總監(jiān)Mark Bohr說。Bohr表示，三閘極技術(shù)可以擴(kuò)展到14nm節(jié)點(diǎn)，但他在談及22nm的下一個(gè)節(jié)點(diǎn)時(shí)突然停頓了一下。

    這家晶片巨擘稱其技術(shù)為‘完全耗盡型三閘極電晶體’。三閘極電晶體在一個(gè)垂直鰭架構(gòu)的三個(gè)面上形成導(dǎo)通通道，以提供‘完全耗盡型’的操作。

   “電流的控制是透過在矽鰭的三個(gè)面上各自建置一個(gè)閘極來完成，其中2個(gè)閘極各自放在一個(gè)面上，另一個(gè)則穿越頂端──而非像2D平面電晶體僅放置一個(gè)閘極在頂端，”英特爾表示。“更多的控制能讓電晶體在切換至‘開啟’狀態(tài)(以提高效能)時(shí)能流入更多的電流，而在‘關(guān)閉’狀態(tài)(達(dá)到最低的耗電)時(shí)讓電流盡可能接近于零，并且讓電晶體能快速在兩種狀態(tài)之間切換(以達(dá)到更好的效能)。”

    該公司稱，與英特爾的32nm平面電晶體相較，22nm的三閘極電晶體在低電壓下提供了37%性能強(qiáng)化。這意味著該技術(shù)更適合必須降低開關(guān)功耗的小型手持裝置。此外，新技術(shù)也能以不到一半的功耗，達(dá)到與采用2D平面電晶體之32nm制程相同的效能。

    要實(shí)現(xiàn)22nm制程，英特爾必須進(jìn)行更多的‘雙重圖形’(double patterning)步驟，Bohr說。但整體而言，該公司將在22nm技術(shù)中使用標(biāo)準(zhǔn)晶圓廠工具，而制程成本僅增加2~3%。

    22nm制程又稱1270，它已進(jìn)入生產(chǎn)。首先會(huì)在奧勒岡州的D10晶圓廠生產(chǎn)，而后亞利桑那州的F32廠將在今年下半年量產(chǎn)。

    去年，半導(dǎo)體觀察家們對(duì)英特爾同意為可編程邏輯新創(chuàng)業(yè)者Achronix Semiconductor代工的消息感到震驚；而根據(jù)一份報(bào)告，英特爾顯然與另一家可編程邏輯業(yè)者Tabula Inc.,達(dá)成了同樣的代工協(xié)議。但英特爾拒絕評(píng)論有關(guān)Tabula的報(bào)導(dǎo)，一位發(fā)言人則稱此為謠言。

    稍早前，Piper Jaffray的分析師表示，他們認(rèn)為英特爾將爭(zhēng)奪蘋果公司的代工業(yè)務(wù)。

    分析師對(duì)英特爾22nm三閘極技術(shù)有著不同見解。“其性能令人印象深刻，” Gleacher & Co. 分析師Doug Freedman說。

   “與平面型技術(shù)相比，這只會(huì)增加約2%~3%的最終晶圓成本──這部份是用于制造矽‘鰭’以建構(gòu)3D電晶體通道和閘極，從而提供比平面型技術(shù)更好的微縮因子──這可能足以抵銷額外成本并獲得晶片微縮的優(yōu)勢(shì)，”他說。“三閘極可調(diào)節(jié)以降低漏電流(完全耗盡型電晶體)或是實(shí)現(xiàn)更低的閾值。結(jié)果是能在更低功耗/低電壓操作下獲得更佳效能。”

    英特爾22nm產(chǎn)品首個(gè)瞄準(zhǔn)的應(yīng)用是桌上型電腦/伺服器，但Freedman認(rèn)為，這家晶片巨擘應(yīng)該先著眼于另一個(gè)部分。“為什么不先攻行動(dòng)市場(chǎng)？”他質(zhì)疑。

行動(dòng)處理器仍缺席22nm盛宴？

    “事實(shí)上，這是x86產(chǎn)品首次使用3D電晶體閘極技術(shù)，這將有助于彌補(bǔ)x86架構(gòu)在最佳化低功耗方面迎戰(zhàn)ARM時(shí)所面臨的挑戰(zhàn)。我們并不認(rèn)為游戲規(guī)則會(huì)就此改變，但看來x86與 ARM的戰(zhàn)爭(zhēng)仍持續(xù)升溫，”Freedman說。

   “英特爾還未將其最好的一部份應(yīng)用在超行動(dòng)和平板市場(chǎng)，因?yàn)槠湫庐a(chǎn)品將針對(duì)伺服器和筆電/桌上型電腦等產(chǎn)品，”他說。“結(jié)果是至少在2012年底前手機(jī)和平板市場(chǎng)看來都不大可能導(dǎo)入新技術(shù)。手機(jī)市場(chǎng)需要9個(gè)月的時(shí)間才能完成一款手機(jī)從設(shè)計(jì)到問世的認(rèn)證及上市周期。我們不相信英特爾在2012年初以前能向OEM廠商們提供基于22nm制程的手機(jī)晶片。”

   “原先推測(cè)英特爾在過去幾天可能會(huì)推出一些新的行動(dòng)處理器，這些產(chǎn)品可能會(huì)立即對(duì) ARM 的業(yè)務(wù)和/或Nvidia的Tegra造成影響。不過，我們沒有看到這些消息發(fā)布，特別是英特爾的行動(dòng)/平板/智慧手機(jī)業(yè)務(wù)負(fù)責(zé)人在幾星期前閃電請(qǐng)辭，”Raymond James & Associates Inc.分析師Hans Mosesmann在一份報(bào)告中指出。

    這并不奇怪，英特爾正在全速朝行動(dòng)領(lǐng)域前進(jìn)。該公司最近發(fā)布了代號(hào)為 Oak Trail的45nm制程行動(dòng)處理器。據(jù)英特爾的新任筆電及平板事業(yè)部副總裁Stephen Smith表示，不久后OEM將推出采用該處理器的產(chǎn)品。

    繼Oak Trail之后，英特爾正在準(zhǔn)備兩款基于32nm的行動(dòng)處理器，包括Medfield 和 Clover Trail 在內(nèi)。Smith 對(duì)EE Times透露，Medfield是針對(duì)智慧手機(jī)。Clover Trail 則將把英特爾推入更廣泛的行動(dòng)領(lǐng)域，他表示。不過，他并未透露任何基于22nm的產(chǎn)品。

    無論如何，“該公司相信三閘極電晶體將能讓摩爾定律(Moore’s Law)從英特爾的22nm制程再往下延續(xù)。這就意味著需要更低功耗、更低的每電晶體成本，以及更高的性能，”Mosesmann說。

   “與英特爾大約4年前發(fā)布45nm節(jié)點(diǎn)后閘極(gate last) high-k金屬閘極電晶體時(shí)相同，毫無疑問，英特爾仍在制程技術(shù)方面領(lǐng)先半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)，”他表示。“英特爾并不是唯一一家真正采用或考慮3D電晶體的業(yè)者，事實(shí)上，GlobalFoundries認(rèn)同該技術(shù)；意法半導(dǎo)體(STMicroelectronics)──并不認(rèn)為這是理想的低功率方案；而三星(Samsung)──正在評(píng)估3D和平面兩種方法。我們相信，英特爾可能會(huì)領(lǐng)先競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手2年左右。”