22nm和3-D電晶體記錄下一代核心革命

2020-12-05 中關村在線

1Ivy Bridge處理器工藝走進22nm

    正值英特爾IDF 2012峰會召開之際，研發代號為Ivy Bridge的第三代英特爾酷睿處理器正式掀開了神秘面紗，英特爾此次繼續追隨摩爾定律的步伐，將處理器的製程工藝從之前的32納米提升至22納米，再次實現了革命性的技術改進，Ivy Bridge不僅僅是第一個實現22納米工藝的量產處理器，也開創性的將3-D三柵極（3-D Tri-Gate）電晶體技術引入到新的處理器產品中來。


英特爾IVB處理器系列

    2012 年正處於英特爾 Tick-Tock 的 Tick 年， 按照 Tick-Tock 的基本原則，英特爾將在 2012 年推出採用比往年更精密的製程工藝，而今年英 特爾的處理器晶片製造也將會升級到22納米。


大於一億個22納米三柵極電晶體才能放置在針頭上

    22納米製程工藝的進化十分驚人，在英特爾IDF 2012峰會上，英特爾副總裁施浩德向大家展示一塊直徑300毫米的標準晶圓，大致數一下可以發現，縱向最多有37個內核，橫向最多則是15個，單個內核的尺寸大概是8.1×20毫米，也就是162平方毫米。相比之下，32nm工藝Sandy Bridge四核心的內核尺寸是216平方毫米（面積縮小約25%）。


22納米晶圓

    根據英特爾產品市場部擔任資深架構經理 趙軍先生的介紹：一個句號上就可以容納超過600萬個22納米電晶體，除此之外，第三代智能酷睿處理器不僅僅是製程技術從上一代的32納米跨越到22納米，更重要的是採用了革命性的3-D三柵極電晶體技術，從而使得處理器電晶體數量達到十四億！

    個人電腦正在發生著翻天覆地的變化，更小的體積、外觀設計的多樣化、操作更加簡單、應用更加多樣，對於處理器的運算性能、功耗表現和多媒體表現等都提出了較高的要求，工藝製程更新至22納米的Ivy Bridge將是處理器發展史的一次全新的革命。

23-D電晶體將影響整個行業

　　自從1947年電晶體問世以來，電晶體技術飛速發展，為開發更強大、成本效益更好、能效更高的晶片產品鋪平了道路，傳統的電晶體架構（2-D 平面結構）已經在微電子學使用了將近35年：經典的電晶體包括1個可以控制的電極和在它下面的電流順序通過的另外兩個電極。就這樣，電晶體架構呈現出一種二維的狀態。後來，Intel研發新工藝製程和新電晶體架構時發現了2-D的瓶頸，於是決定多管齊下全方向減小柵極的漏電、降低處理器功耗，提高處理器性能。


Intel 3-D三柵極電晶體

　　科學家研發出來3-D結構時非常興奮，相對於2-D平面柵極結構電晶體來說，三柵極電晶體是根據柵極具有三面而命名的。平面柵極變成了立體柵極，從能耗的角度來看，22納米電晶體可以在1秒內開關1000億次，Intel的3-D三柵極電晶體對比2-D平面柵極電晶體，前者可以使晶片能夠在更低的電壓下運行，同時減少漏電量。


2-D 平面結構電晶體

　　3-D三柵極電晶體，代表了電晶體技術本質上的轉變，電晶體通道增加到第三維度，電流是從通道的三面來控制的，而不像傳統平面電晶體，只從頂部控制。就像摩天大樓通過向天空發展而使得最大限度地利用城市空間，3-D三柵極電晶體結構同樣提供了一種提高電晶體密度的創新方法。其結果是能更好的控制電晶體的開關、最大程度有效利用電晶體開啟狀態時的電流（實現最佳性能），並在關閉狀態時最大程度減少電流（降低漏電）。 

　　與之前的平面電晶體相比，22納米的3-D三柵極電晶體將提供前所未有的高性能和能效。與之前的32納米平面電晶體相比，22納米3-D三柵極電晶體在低電壓下將性能提高了37%，並且只需要消耗不到一半的電量，就能達到與32納米晶片中二維平面電晶體一樣的性能。


3D電晶體晶圓電路直接立起來

    除此之外，第三代智能英特爾酷睿處理器還帶來了很多新的改變，如支持原生USB3.0標準，Configurable TDP技術，支持DX11顯示性能更強大的新一代核芯顯卡HD4000系列，配套晶片組方面，Ivy Bridge處理器將搭配新一代Panther Point 7系列。

　　在22nm製程工藝以及3D電晶體是第三代智能英特爾酷睿處理器最大的變化，今年的超極本、一體臺式機都屬於創新之作，但同時在應用上，對3D遊戲、高清視頻和多媒體社交上對運算性能提出了更高的要求，而之所以反覆提到3-D電晶體技術的革命性作用，是因為其不僅僅在消費電子領域得到廣泛應用，對於一些家電、航空、醫療等傳統行業也可以給予強大的技術支持。


新工藝處理器將在超極本上發揮作用

    近期，中關村在線將對代號Ivy Bridge智能英特爾酷睿第三代處理器筆記本產品進行評測，22納米和3-D電晶體技術對即將到來的新產品會有哪些影響？我們的生活又會帶來哪些改變？讓我們拭目以待吧。

    在我們的筆記本電腦論壇中，已經發起了Ivy Bridge彗星碎片搜集活動，感興趣的網友朋友們，快來一探究竟吧。

    進入活動傳送門：http://nbbbs.zol.com.cn/1/2_4080.html

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