導入3D 英特爾22奈米處理器年底量產

作者: 王智弘
2011 年 05 月 09 日

半導體電晶體結構將正式由平面式進入三維(3D)時代。英特爾(Intel)5日宣布將於22奈米製程處理器(內部代號為Ivy Bridge)中,首度採用3D結構的電晶體設計,除電晶體整合密度更甚以往,效能顯著提升外,由於可在更低電壓下運作,耗電量也大幅降低,預計今年底即可開始量產。
 



英特爾總裁暨執行長歐德寧(Paul Otellini)表示,3D的設計再次徹底革新電晶體的發展,該技術不僅將創造出許多為世界帶來不同面貌的驚奇產品,同時,也可將摩爾定律推升至新的境界。
 



英特爾資深研究院士Mark Bohr進一步指出,3D電晶體帶來的低電壓與低耗電效益,遠超越一般製程升級所能帶來的好處,並可賦予產品設計人員充裕的彈性,為現今裝置加入更多智慧功能,或開發出全新類型的產品。而這項技術的突破,不僅具有延續摩爾定律準確性的意義,更將進一步擴展英特爾在半導體產業的領先優勢。
 



英特爾已決定將3D電晶體技術運用在其22奈米製程代號為Ivy Bridge的微處理器開發,屆時,在一個英文句點大小的晶粒上就能放入超過六百萬個22奈米三閘電晶體。Ivy Bridge處理器主要用於筆記型電腦、伺服器及桌上型電腦,而第一批將於今年底開始量產的為酷睿(Core)處理器系列。
 



此外,3D電晶體技術亦可協助英特爾開發更高整合度的凌動(Atom)處理器,讓其在行動裝置與消費性等對功耗要求較嚴苛的市場發展如虎添翼。事實上,英特爾已計畫在32奈米Medfield之後,以22奈米製程結合3D電晶體技術開發第四代行動平台。
 




英特爾3D、三閘電晶體結構示意圖



22奈米的3D、三閘電晶體在低電壓模式下,效能可比英特爾的32奈米平面式電晶體高出37%,而在運作時也能減少電晶體在開啟/關閉反覆切換所耗費的電力,相較於內含2D平面電晶體的32奈米晶片,新型電晶體在維持相同效能時耗電量縮減近一半,因此相當適用於各種迷你掌上型裝置。
 



不同於傳統2D平面式結構的電晶體,英特爾於2002年首度提出的三閘(Tri-Gate)電晶體係採革命性的3D設計,將傳統的平面閘極換成3D矽晶薄片,這些做成薄片狀的電晶體垂直接附在矽基板的表面上。薄片三個平面上各置有一個閘極,用來控制電流–兩側各有一個,第三個則置於頂端,而平面式電晶體則只有在頂端處置有唯一一個閘極。如此一來,更多的控制元件便能讓電晶體在切換至「開啟」狀態(以提高效能)時能流入更多的電流,而在「關閉」狀態(達到最低的耗電)時讓電流盡可能接近於零,並且讓電晶體能快速在兩種狀態間切換,以達到更好效能。

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