英特爾最近發(fā)布了22納米三柵極晶體管技術(shù)(參閱電子工程專輯報道：圖解英特爾提前量產(chǎn)3D晶體管，進入22nm時代)，市場研究公司IHS iSuppli認(rèn)為該技術(shù)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(yè)務(wù)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(shè)計。英特爾提供的資料顯示采用該技術(shù)的芯片功耗將比采用32納米工藝的同性能傳統(tǒng)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(xù)航時間越長，用戶真正移動的時間也就越長?！?br>
英特爾一直想增強自己在移動領(lǐng)域里的影響力，在此領(lǐng)域能效比更好的ARM架構(gòu)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(lǐng)域的發(fā)展勢頭。今年三月英特爾高級副總裁、超移動事業(yè)部(Ultra Mobility)總經(jīng)理Anand Chandrasekher的離職就被外界廣泛認(rèn)為是由于在任期間未能拿出成績的結(jié)果。

IHS無線通信業(yè)務(wù)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(shè)備要達到高能效比還需要系統(tǒng)級的優(yōu)化。”


左側(cè)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(cè)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(jù)主導(dǎo)地位的PC微處理器市場也面臨著ARM處理器的挑戰(zhàn)。微軟在今年一月份宣布下一代Windows操作系統(tǒng)將同時運行于X86和ARM架構(gòu)，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(jù)IHS的分析，三柵極技術(shù)將讓X86在與ARM的對決中占據(jù)優(yōu)勢。從功耗角度來看，X86在筆記本、上網(wǎng)本、平板和智能手機領(lǐng)域會越來越有競爭力。

IHS指出3D結(jié)構(gòu)概念并不是一個新的芯片生產(chǎn)工藝——臺積電和ARM都已經(jīng)研發(fā)了好幾年。但和這兩家公司不同的是，英特爾的三柵極技術(shù)已經(jīng)可以量產(chǎn)——這是一個重大技術(shù)成就。

IHS半導(dǎo)體生產(chǎn)總分析師Len Jelinek表示：“量產(chǎn)能力意味著英特爾在生產(chǎn)上超過競爭對手的優(yōu)勢達到二三年?！盝elinek補充說英特爾三柵極技術(shù)的其它優(yōu)勢還包括可擴展性、成本、產(chǎn)品路線圖以及無需使用特殊晶圓。

IHS表示三柵極技術(shù)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(yōu)勢。三柵極技術(shù)的生產(chǎn)成本僅比傳統(tǒng)平面技術(shù)高2%－3%。

三柵極技術(shù)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(gòu)，有望被用于手機。IHS認(rèn)為轉(zhuǎn)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(chǎn)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(fā)布的APU在一塊芯片里整合了微處理器內(nèi)核與圖形處理器。AMD新處理器的目標(biāo)同樣是在系統(tǒng)級別延長電池續(xù)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(shù)，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(quán)。

按照英特爾的計劃，2011年底將推出采用新技術(shù)的芯片，提供給服務(wù)器和臺式機、筆記本，它還會為移動設(shè)備開發(fā)新的處理器。

雖然受英特爾新技術(shù)發(fā)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(rèn)為，英特爾是否能迅速闖進ARM的領(lǐng)土，還未可知。他說：“英特爾顯然想跳出核心PC市場的范圍。關(guān)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(lǐng)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(jié)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?！?br>
Gartner分析師指出，英特爾新3D三柵極設(shè)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(shù)支持Ivy Bridge 22納米處理器，但它的設(shè)計將不足以進入移動市場。

現(xiàn)在的智能手機與平板計算機幾乎都是基于ARM架構(gòu)芯片，而非英特爾的x86架構(gòu)，因為ARM架構(gòu)已被被優(yōu)化成低耗電，因而電池續(xù)航力得以在設(shè)備中獲得良好表現(xiàn)。雖然Ivy Bridge也具有英特爾最引以為傲的低耗電與高效能設(shè)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(shù)。他強調(diào)，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(lǐng)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(yīng)具備的最起碼條件。

根據(jù)Dulaney的說法，平板計算機是個“相當(dāng)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(shù)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(shù)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(tài)下管子的功耗可減小50%以上。

然而Gartner的分析報告稱要實現(xiàn)Finfet技術(shù)，需要克服許多工藝方面的難關(guān)。比如要制造出Finfet晶體管，要求光刻機的圖像對準(zhǔn)性能較好。“過去人們認(rèn)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(chǎn)的193nm液浸式光刻機具有極高的套準(zhǔn)精度，因此也有可能采用這種光刻機制造出Finfet晶體管?！?br>

Finfet側(cè)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(xiàn)，但如何保證Fin兩側(cè)漏源極側(cè)面從上到下雜質(zhì)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。[!--empirenews.page--]

此外，制造Finfet結(jié)構(gòu)時蝕刻Fin時如何保證Fin側(cè)壁的粗糙度控制在一定的水平內(nèi)也是另一個難題。