英特爾全新 3-D 架構 22nm芯片採用全新晶體管

英特爾公司宣佈在晶體管發展上取得了革命性突破。晶體管是現代電子設備的微小元件，自50多年前矽晶體管發明以來，3-D結構晶體管將以創世紀的姿態首次量產。英特爾將推出被稱為三柵極（Tri-Gate）的革命性3-D晶體管設計（英特爾曾在2002年首次披露），並將量產研發代號Ivy Bridge的22nm英特爾芯片；1nm是1米的十億分之一。

這款3-D三柵極晶體管代表著由2-D平面晶體管結構的根本性轉變。幾十年來，2-D晶體管不僅一直在個人電腦、手機及消費電子產品中被廣泛應用，還用於汽車、航空、家庭電器、醫療設備以及數千種常用設備的電子控制之中。

科學家早就意識到3-D結構對於延續摩爾定律的重要意義，因為面對非常小的設備尺吋，物理定律成為晶體管技術進步的障礙。今天宣佈的革命性成果，其關鍵在於英特爾能夠把全新的3-D三柵極晶體管設計投入批量生產，開拓了摩爾定律的另一個新時代，並有利於下一代各種類型設備的創新。

摩爾定律預測了矽技術的發展步伐：晶體管密度大約每兩年增加一倍，同時其功能和性能將提高，而成本則會降低。40多年以來，摩爾定律已經成為半導體行業的基本商業模式。

英特爾的3-D三柵極晶體管令芯片能夠在更低的電壓下運行，並進一步減少漏電量，與之前最先進的晶體管相比，它能提供前所未有的性能和功效，讓芯片設計師可以根據應用需求，靈活地選用低能耗或高性能晶體管。

與之前的32nm平面晶體管相比，22nm 3-D三柵極晶體管在低電壓下將性能提高了37%。這一改進意味著它們將是小型手持設備的最佳拍檔，這種設備要求晶體管在運行時只用較少的電力進行「開關」操作。全新的晶體管只需消耗不到一半的電量，就能達到與32nm芯片中2-D平面晶體管一樣的性能。

要在22nm製程時代延續摩爾定律，這是一項異常複雜的技術。英特爾的科學家們在2002年發明了三柵極晶體管 — 這是根據柵極有三面而取名的。受惠於英特爾高度協同的研究—開發—製造技術的集成作業（research-development-manufacturing pipeline），今天宣佈的技術突破是多年研發的成果，也標誌著這項成果開始進入批量生產階段。

3-D三柵極晶體管實現晶體管的革命性突破。傳統「扁平的」2-D平面柵極被纖薄的、從矽基體垂直豎起的3-D矽鰭狀物所代替。電流控制透過鰭狀物三面的柵極而締造（兩側和頂部各有一個柵極），而不是像2-D平面晶體管那樣，只在頂部有一個柵極。更多控制可以令晶體管在「開」的狀態時，讓最多的電流通過（高性能），而在「關」的狀態下，則盡可能讓電流接近零（低能耗），同時還能在兩種狀態之間迅速切換（這也是為了提高性能）。

高樓大樓向高空發展，令城市規劃者優化可用空間，英特爾的3-D三柵極晶體管結構也一樣，能有效地管理晶體管密度。由於這些鰭狀物本身是垂直的，晶體管也能更緊密地封裝起來 — 這是摩爾定律追求的技術和經濟效益的關鍵。未來，設計師還可以不斷增加鰭狀物的高度，從而獲得更高的性能和功效。

全球首次展示22nm 3-D三柵極晶體管

英特爾下一代22nm製程技術將採用3-D三柵極晶體管。單個晶體管到底有多大呢？實際上，在本文一個英文句點的面積上就可容納超過600萬個22nm三柵極晶體管。

今天，英特爾展示了全球首枚研發代號為Ivy Bridge的22nm微處理器，可用於筆記簿電腦、伺服器和桌面電腦。最新的 Intel Core系列處理器Ivy Bridge將是首批採用3-D三柵極晶體管進行量產的芯片，預計將在年底前投入批量生產。

這項矽技術的突破也有助於交付更多基於高度集成的Intel  Atom處理器的產品，以擴展Intel 架構的性能、功能和軟件兼容性，同時滿足各種細分市場對能耗、成本和設計。