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英特爾3D立體結構22奈米電晶體締造新猷

發布日期:2011/05/17 關鍵字:英特爾矽電晶體三維3DIvy BridgeIntelTri-GateMoore’s Law酷睿

英特爾(Intel)宣布其電晶體演進的重大突破,電晶體乃是現代電子產品中十分微小的基礎元件。自從矽電晶體在50年前發明以來,首度採用三維(3D)立體結構的電晶體即將邁入量產。英特爾於2002年首次公開命名為Tri-Gate的革命性3D立體電晶體設計。22奈米製程晶片(內部代號為Ivy Bridge),將邁入量產。  

英特爾總裁暨執行長歐德寧(Paul Otellini)表示,3D、三閘(Tri-Gate)電晶體意味著將完全擺脫2D平面電晶體結構。迄今為止,不僅所有電腦、手機、消費電子產品,甚至連汽車、飛機、家用電器、醫療設備、以及成千上萬種日常裝置內的電子控制元件,在過去數十年皆使用平面結構的電晶體。英特爾的科學家與工程師們以3-D立體的設計再次徹底革新電晶體。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,也將摩爾定律推升至新的境界。

科學家們很早便認同3-D立體電晶體結構能延續摩爾定律的準確性,因為當電路尺寸微縮到一定程度時,物理定律就變成微型化的障礙。今日發表的突破性成果,在於英特爾有能力使創新的3D、三閘電晶體設計進入量產,這不僅開啟摩爾定律的新時代,更為各種裝置打開一扇大門,跨入創新的新世代。摩爾定律(Moore’s Law)預測矽元件技術的發展速度,指出電晶體的密度大約每兩年就會倍增,功能與效能攀升,成本則隨之下滑。在過去40多年來,摩爾定律已成為半導體產業在經營上所依循的基本規律。  

英特爾的3D、三閘電晶體讓晶片能在更低的電壓下運作,且降低漏電,相較於先前最先進的電晶體,不僅效能提升且更加省電。這些功能讓晶片設計人員掌握充裕彈性,能根據應用的需要選擇適合的電晶體,以達到低功耗或高效能的目標。22奈米的3D、三閘電晶體在低電壓模式,其效能較英特爾的32奈米平面電晶體高出37%。如此出色的性能提升,讓這種新晶片適用於各種迷你掌上型裝置,在運作時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。  

英特爾資深研究院士Mark Bohr指出,英特爾獨特的3-D、三閘電晶體所帶來的效能提升與省電,是前所未見的非凡表現。這項里程碑的意義絕對不只是延續摩爾定律的準確性。3D電晶體帶來低電壓與低耗電的優勢,遠遠超越一般前後兩世代製程之間的提升幅度。它將賦予產品設計人員充裕的彈性,為現今的裝置加入更多智慧功能,還能開發出全新類型的產品。相信這項突破性技術將進一步擴展英特爾在半導體產業的領先優勢。  

隨著英特爾共同創辦人高登摩爾所提出的摩爾定律所預測的速度,電晶體持續變小、更便宜且更省電。因此,英特爾能夠創新研發、整合、以及加入更多功能與運算核心到每顆晶片,一方面提升效能,同時亦降低每個電晶體的製造成本。在22奈米世代,想要延續摩爾定律的準確性,業界面臨更加複雜的挑戰。由於預見這種情況,英特爾的研究科學家在2002年發明Tri-Gate的電晶體,取這個名字是因為閘極有三個面。今日宣布的訊息是經歷多年研發的成果,結合英特爾的研究/開發/製造團隊,使這項成果將邁入大量生產的階段。  

3D、三閘重新打造電晶體。傳統的平面2D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2D平面電晶體則只有在頂端處置有一個閘極。更多的控制元件讓電晶體在切換至「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之間切換(以達到更好的效能)。摩天高樓讓都市規畫人員得以向天空疊高樓層,以構築出更多的活動空間,英特爾的3D、三閘電晶體結構透過類似的方式來提升密度。由於這些電晶體薄片是垂直置於基板上,因此電晶體能靠得更近,這對技術及摩爾定律預測的經濟效率而言至關重要。在未來的世代,產品設計師可持續提高電晶體薄片的高度,藉此達到更高的效能與省電性。  

摩爾強調,多年來我們在電晶體微縮時持續面臨重重的極限。基本結構的改變,是一種真正革命性的做法,使得摩爾定律能延續創新的歷史步調。3D、三閘電晶體將運用在英特爾即將上線的22奈米節點,將能配合電晶體的線路尺吋。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Tri-Gate電晶體。英特爾今日展示全球首款22奈米微處理器,這款代號為「Ivy Bridge」的處理器能用在筆記型電腦、伺服器、以及桌上型電腦。Ivy Bridge系列Intel®酷睿(Core)處理器將是第一批採用3-D、三閘電晶體的量產晶片。Ivy Bridge處理器預計在今年底前開始量產。這項矽晶科技的突破亦將協助開發更高整合度的Intel® Atom™(凌動™)處理器,讓內含這些新處理器的產品能擁有更優異的效能、功能、以及與Intel®架構相容的軟體,滿足各個市場對於整體耗電、成本、以及尺寸等方面的需求。  

英特爾網址:www.intel.com

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