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[導讀]“芯”路歷程 45nm時代還能維持多久?

納米技術在芯片界中的發(fā)展速度相當可觀,而對于目前企業(yè)級處理器發(fā)展領域中主要還是靠45nm獨當一面,而隨著45nm工藝的日趨成熟,各個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,接下來的處理器將指向32nm工藝。早在08年末的國際電子組件會議(IEDM)上,主要的會議切入點集中放在了32nm工藝之上,并且英特爾(Intel)公司在此次會議中,對32nm制程技術的細節(jié)進行闡述,并計劃于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處理器問世,頻率為16~33MHz,具備初級多任務處理能力)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)處理器問世,采用800納米,同時標志著CPU從微米時代跨入納米時代。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(Mendicino核心)等。

  ......

  2005年,推出了PentiumExtremeEdition955,標志著Intel進入一個新的階段,65nm時代的來臨。

  2007年,Intel首款45nmPenryn處理器QX9650問世。

  從65納米到45納米的轉變是一個跨越的過程,通過全新的英特爾SIMD流指令擴展4(SSE4),利用47條全新指令加快處理器處理速度,從而在高性能計算機和高端應用領域具備很好的表現(xiàn)。而至強7400處理器作為首款六核處理器,表現(xiàn)當然不會遜色。作為高端產(chǎn)品的至強7460處理器主頻達到2.66GHz,二級緩存為9MB,三級緩存為16MB。而正是有了這些相對較高性能的處理器使得目前服務器市場上的產(chǎn)品能夠更大限度地幫助企業(yè)建立高標準的數(shù)據(jù)中心,從而促進整個社會的經(jīng)濟發(fā)展。

    22nm工藝到底有多難?

  在32nm工藝沒有完全勝任的時候,不少重點芯片廠商已經(jīng)開始瞄向22nm工藝技術,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,迎接新的技術發(fā)展。不過話又說回來,22nm工藝技術的提出也遵循了芯片技術發(fā)展規(guī)律,但是22nm工藝技術面臨的挑戰(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)點技術挑戰(zhàn):

  1.成本與負擔能力

  IC生產(chǎn)所需的研發(fā)、制程技術、可制造性設計(DFM)等部分的成本不斷提升,而最大的問題就是邁入22納米節(jié)點之后,量產(chǎn)規(guī)模是否能達到經(jīng)濟平衡?

  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,也讓這個問題變得純粹。鍺(germanium)是不少人看好的電路材料,具備能因應所需能隙(bandgap)的大量潛力。

  3.微影技術

  新一代的技術包括超紫外光(extremeultraviolet,EUV)與無光罩電子束微影(masklesselectron-beamlithography)等,都還無法量產(chǎn)。不過193納米浸潤式微影技術將在雙圖案(doublepatterning)微影的協(xié)助下,延伸至22納米制程。

  4.晶體管架構

  平面組件(Planardevices)很可能延伸至22納米節(jié)點;不過多閘極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度而面臨挑戰(zhàn);為縮減等效氧化層厚度

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