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英特爾最近發布了22納米三柵極晶體管技術(參閱電子工程專輯報道：圖解英特爾提前量產3D晶體管，進入22nm時代)，市場研究公司IHS iSuppli認為該技術使得這家世界第一的芯片廠商得以進軍智能手機與多媒體平板市場、同時又能保護PC業務免遭ARM侵蝕。 英特爾上周推出的22納米工藝被稱為三柵極晶體管，采用了英特爾朝思暮想的3D晶體管設計。英特爾提供的資料顯示采用該技術的芯片功耗將比采用32納米工藝的同性能傳統平面晶體管低50%以上。 HIS首席計算平臺研究分析師Matthew Wilkins說：“50％的功耗下降很顯著，功耗越低、電池續航時間越長，用戶真正移動的時間也就越長。” 英特爾一直想增強自己在移動領域里的影響力，在此領域能效比更好的ARM架構非常受歡迎。盡管英特爾的高管們說今年至少有一款智能手機會采用Atom處理器，但事實上Atom處理器一直無法遏制ARM在手機領域的發展勢頭。今年三月英特爾高級副總裁、超移動事業部(Ultra Mobility)總經理Anand Chandrasekher的離職就被外界廣泛認為是由于在任期間未能拿出成績的結果。 IHS無線通信業務首席分析師Francis Sideco表示：“沿著納米路線向前沖對英特爾突破移動市場絕對有幫助。不過那僅僅是一部分，這類設備要達到高能效比還需要系統級的優化。” 
左側是32納米平面晶體管，黃點代表的電流從柵極下的平面流過；右側是22納米三柵極晶體管，電流從垂直鰭的三面流過。 英特爾在自己一直占據主導地位的PC微處理器市場也面臨著ARM處理器的挑戰。微軟在今年一月份宣布下一代Windows操作系統將同時運行于X86和ARM架構，有推測說能效比更好、成本更低的ARM處理器將會打入英特爾的市場，特別是筆記本市場。 但根據IHS的分析，三柵極技術將讓X86在與ARM的對決中占據優勢。從功耗角度來看，X86在筆記本、上網本、平板和智能手機領域會越來越有競爭力。 IHS指出3D結構概念并不是一個新的芯片生產工藝——臺積電和ARM都已經研發了好幾年。但和這兩家公司不同的是，英特爾的三柵極技術已經可以量產——這是一個重大技術成就。 IHS半導體生產總分析師Len Jelinek表示：“量產能力意味著英特爾在生產上超過競爭對手的優勢達到二三年。”Jelinek補充說英特爾三柵極技術的其它優勢還包括可擴展性、成本、產品路線圖以及無需使用特殊晶圓。 IHS表示三柵極技術可以在下一代光刻工具到來后達到低于20納米的水平，在性能、功耗成本上取得更大優勢。三柵極技術的生產成本僅比傳統平面技術高2%－3%。 三柵極技術也讓英特爾得以將22納米工藝延伸至Atom平臺，有可能帶來更低功耗的微架構，有望被用于手機。IHS認為轉型到三柵極晶體管意味著英特爾可以在不使用SOI(絕緣層上硅)的情況下生產耗盡型晶體管，免去了采購昂貴的SOI晶圓的成本。 Wikins說AMD公司在最近幾年也在竭力降低功耗。AMD最近發布的APU在一塊芯片里整合了微處理器內核與圖形處理器。AMD新處理器的目標同樣是在系統級別延長電池續航時間。 英特爾難憑3D芯片稱霸手機市場 英特爾推出下一代芯片技術，在微處理器裝上更多的晶體管，并希望借此幫助公司掌握平板、智能手機市場的話語權。 按照英特爾的計劃，2011年底將推出采用新技術的芯片，提供給服務器和臺式機、筆記本，它還會為移動設備開發新的處理器。 雖然受英特爾新技術發布消息刺激，ARM的股價一度大跌7.3%，在倫敦收于5.58英磅。但是Matrix分析師阿德里安(Adrien Bommelaer)認為，英特爾是否能迅速闖進ARM的領土，還未可知。他說：“英特爾顯然想跳出核心PC市場的范圍。關鍵問題是‘它們能推出一款處理器，足夠強大，可以在移動計算領域一爭高下嗎？’”“它們將推出新的芯片，比上一代32納米芯片節能50%，朝正確方向前進了一大步，但是否足夠？我不知道。要知道ARM自己的能效也在進步。” Gartner分析師指出，英特爾新3D三柵極設計將不足以成就該公司在移動市場的野心。Gartner副總裁Ken Dulaney表示，英特爾將采用突破技術支持Ivy Bridge 22納米處理器，但它的設計將不足以進入移動市場。 現在的智能手機與平板計算機幾乎都是基于ARM架構芯片，而非英特爾的x86架構，因為ARM架構已被被優化成低耗電，因而電池續航力得以在設備中獲得良好表現。雖然Ivy Bridge也具有英特爾最引以為傲的低耗電與高效能設計。 但是Dulaney指出，英特爾所面臨的一項特殊考驗就是通訊技術。他強調，英特爾從未在廣域通訊里成功過。舉例而言，英特爾推行WiMax可謂舉步維艱，也在LTE等4G領域里大幅落后。要知道，這點可是在和手機制造商打交道時所應具備的最起碼條件。 根據Dulaney的說法，平板計算機是個“相當大的智能手機”，而非小型PC。所以其制造商大多是手機制造商，它們早已和德州儀器、高通或是其它通訊芯片商有著良好合作。 制作三柵晶體管的技術難點 與Intel目前最好的32nm工藝比較，22nm工藝立體型晶體管工作電壓Vdd僅0.7v，平面型晶體管則很難達到這樣的工作電壓水品，同時管子的性能則比前者提升37%。同時，管子的延遲時間可以在輸入電壓比32nm工藝低0.2v(即0.8V)的條件下保持在原有的水平。 22nm工藝三柵極技術的晶體管性能基本與32nm工藝一致，但輸入電壓僅0.8V，比后者的1.0V更低，這樣工作狀態下管子的功耗可減小50%以上。 然而Gartner的分析報告稱要實現Finfet技術，需要克服許多工藝方面的難關。比如要制造出Finfet晶體管，要求光刻機的圖像對準性能較好。“過去人們認為只有采用EUV光刻機才有可能制造出Finfet晶體管，不過由于ASML及尼康生產的193nm液浸式光刻機具有極高的套準精度，因此也有可能采用這種光刻機制造出Finfet晶體管。”
Finfet側墻摻雜密度控制示意圖 另外，盡管采用PIII(Plasma-immersion ion implantation)離子注入工藝可以實現，但如何保證Fin兩側漏源極側面從上到下雜質摻雜(目的是減小漏源極的電阻)密度的均勻性則是另外一個Finfet制造的難題。 此外，制造Finfet結構時蝕刻Fin時如何保證Fin側壁的粗糙度控制在一定的水平內也是另一個難題。 |
