“芯”路歷程 45nm時(shí)代還能維持多久?
納米技術(shù)在芯片界中的發(fā)展速度相當(dāng)可觀,而對(duì)于目前企業(yè)級(jí)處理器發(fā)展領(lǐng)域中主要還是靠45nm獨(dú)當(dāng)一面,而隨著45nm工藝的日趨成熟,各個(gè)芯片廠商卻早已開始瞄向32nm工藝和22nm工藝。而按照工藝路線,接下來(lái)的處理器將指向32nm工藝。早在08年末的國(guó)際電子組件會(huì)議(IEDM)上,主要的會(huì)議切入點(diǎn)集中放在了32nm工藝之上,并且英特爾(Intel)公司在此次會(huì)議中,對(duì)32nm制程技術(shù)的細(xì)節(jié)進(jìn)行闡述,并計(jì)劃于2009年第四季投產(chǎn),以推出更大能源效率、更高密度、效能更強(qiáng)的晶體管。
從最早的1965年英特爾公司推出的10微米處理器,之后經(jīng)歷了6微米、3微米、1微米、0.5微米、0.35微米、0.25微米、0.18微米、0.13微米、0.09微米、0.065微米(65nm),到如今的0.045微米(45nm)的制造工藝。
1974年,Intel微處理器8080問(wèn)世,采用6微米工藝。
1978年,Intel推出微處理器8086,頻率有4.77MHz、8MHz和10MHz。
1983年,Intel首次推出新型處理器286,頻率為6MHz、8MHz、10MHz和12.5MHz。
1985年,
386處理器問(wèn)世,頻率為16~33MHz,具備初級(jí)多任務(wù)處理能力)等處理器。
1989年,Intel發(fā)布了486處理器。主頻也從25MHz逐步提高到33MHz、40MHz、50MHz、66MHz,采用1微米工藝。
1993年,Intel奔騰(Pentium)處理器問(wèn)世,采用800納米,同時(shí)標(biāo)志著CPU從微米時(shí)代跨入納米時(shí)代。隨后,英特爾推出采用0.25微米工藝的處理器主要有PentiumⅡ(Deschutes核心)、PentiumⅢ(Katmai、Confidential核心)及賽揚(yáng)(Mendicino核心)等。
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2005年,推出了PentiumExtremeEdition955,標(biāo)志著Intel進(jìn)入一個(gè)新的階段,65nm時(shí)代的來(lái)臨。
2007年,Intel首款45nmPenryn處理器QX9650問(wèn)世。
從65納米到45納米的轉(zhuǎn)變是一個(gè)跨越的過(guò)程,通過(guò)全新的英特爾SIMD流指令擴(kuò)展4(SSE4),利用47條全新指令加快處理器處理速度,從而在高性能計(jì)算機(jī)和高端應(yīng)用領(lǐng)域具備很好的表現(xiàn)。而至強(qiáng)7400處理器作為首款六核處理器,表現(xiàn)當(dāng)然不會(huì)遜色。作為高端產(chǎn)品的至強(qiáng)7460處理器主頻達(dá)到2.66GHz,二級(jí)緩存為9MB,三級(jí)緩存為16MB。而正是有了這些相對(duì)較高性能的處理器使得目前服務(wù)器市場(chǎng)上的產(chǎn)品能夠更大限度地幫助企業(yè)建立高標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)中心,從而促進(jìn)整個(gè)社會(huì)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展。
22nm工藝到底有多難?
在32nm工藝沒(méi)有完全勝任的時(shí)候,不少重點(diǎn)芯片廠商已經(jīng)開始瞄向22nm工藝技術(shù),不管32nm工藝是否能完全勝任各種需求,但是確定的是22nm工藝技術(shù)的提出讓不少企業(yè)看到了希望,它的出現(xiàn)必定取代45nm工藝技術(shù),迎接新的技術(shù)發(fā)展。不過(guò)話又說(shuō)回來(lái),22nm工藝技術(shù)的提出也遵循了芯片技術(shù)發(fā)展規(guī)律,但是22nm工藝技術(shù)面臨的挑戰(zhàn)似乎不少,SemiconductorInsights分析師XuChang、VuHo、RameshKuchibhatla與DonScansen所列出的15大22納米制程節(jié)點(diǎn)技術(shù)挑戰(zhàn):
1.成本與負(fù)擔(dān)能力
IC生產(chǎn)所需的研發(fā)、制程技術(shù)、可制造性設(shè)計(jì)(DFM)等部分的成本不斷提升,而最大的問(wèn)題就是邁入22納米節(jié)點(diǎn)之后,量產(chǎn)規(guī)模是否能達(dá)到經(jīng)濟(jì)平衡?
2.微縮(Scaling)
制程微縮已經(jīng)接近極限,所以下一步是否該改變電路(channel)材料?迄今為止,大多數(shù)的研究都是電路以外的題材,也讓這個(gè)問(wèn)題變得純粹。鍺(germanium)是不少人看好的電路材料,具備能因應(yīng)所需能隙(bandgap)的大量潛力。
3.微影技術(shù)
新一代的技術(shù)包括超紫外光(extremeultraviolet,EUV)與無(wú)光罩電子束微影(masklesselectron-beamlithography)等,都還無(wú)法量產(chǎn)。不過(guò)193納米浸潤(rùn)式微影技術(shù)將在雙圖案(doublepatterning)微影的協(xié)助下,延伸至22納米制程。
4.晶體管架構(gòu)
平面組件(Planardevices)很可能延伸至22納米節(jié)點(diǎn);不過(guò)多閘極MOSFET例如英特爾(Intel)的三閘晶體管(tri-gatetransistor),以及IBM的FinFET,則面臨寄生電容、電阻等挑戰(zhàn)。
5.塊狀硅(Bulksilicon)或絕緣上覆硅(SOI)
在22納米制程用塊狀硅還是SOI好?目前還不清楚,也許兩種都可以。
6.高介電常數(shù)/金屬閘極
取代性的閘極整合方案,將因較狹窄的閘極長(zhǎng)度而面臨挑戰(zhàn);為縮減等效氧化層厚度