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[周报全文]拯救硅处理器 英特尔45纳米工艺取得突破

2007年02月06日 14:53:30 | 作者:网络世界记者 宋家雨 | 来源:$page.getBroMedia() | 查看本文手机版

摘要:45纳米制造工艺在基础晶体管设计方面取得了重大突破,新的高-k栅介质以及金属栅极的采用,将帮助硅处理器渡过难关,并将提供更高的性能。

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45纳米制造工艺在基础晶体管设计方面取得了重大突破,新的高-k栅介质以及金属栅极的采用,将帮助硅处理器渡过难关,并将提供更高的性能。

不久前,英特尔技术分析师Rob Willoner在采访中透露,其位于俄勒冈州的D1D芯片制造工厂已经转入45纳米生产线,而采用45纳米制造工艺的下一代处理器——Penryn也已经完成了实验室设计,将在2007年下半年投入生产。

但是Rob没有透露更多有关45纳米制造工艺的技术细节。有专家指出,此前基于65纳米技术制造的晶体管,其中二氧化硅栅极氧化物(如图所示)的尺寸已经只有5个原子的厚度,也就是1.2纳米,很难再被继续缩小。换句话说,如果在工艺上没有新的突破,那么40年以来基于硅芯片技术的处理器将有可能被抛弃。

129日,英特尔公司就有关45纳米制造工艺在基础晶体管设计方面所取得的重大突破进行了讲解,新的高-k栅介质以及金属栅极的采用,将帮助硅处理器渡过难关,并将提供更高的性能以及更好的能效。

-k栅介质和金属栅极

英特尔资深技术专家赵军介绍,随着二氧化硅被加工得越来越薄,晶体管性能得到了稳步提高,在45纳米制造工艺中,如果二氧化硅厚度继续减小,那么就将造成漏电流的大量增加,不仅造成浪费,也将导致不必要的发热,影响芯片的性能。

赵军指出,采用45纳米制造工艺制造的下一代Penryn双核心处理器,其集成晶体管的数量将会从现在的2.98亿个提高到4.1亿个,而四核心的Penryn处理器更是集成了高达8.2亿个晶体管。因此,单个晶体管的漏电流将导致严重的散热问题。因此,晶体管二氧化硅栅介质的漏电流被视为过去10年来摩尔定律面临的最大技术挑战之一。

为解决这一棘手问题,英特尔公司在栅介质中采用厚度更大的金属铪基材料取代二氧化硅,该铪基介质具有良好的绝缘属性,可以在栅介质下的硅底层通道之间产生较高的场效应(即高-k)。其中,k是希腊文kappa,是一个工程术语,描述一种材料保有电荷的能力。也就是说,一方面高-k铪基材料作为栅介质具有与二氧化硅同样理想的属性,亦即保持硅底层通道的高导电率; 另外一方面,由于高-k铪基材料更厚,因此可以大幅度减少来自栅极的漏点流。

由于采用了高-k的铪基材料栅介质,该介质与现在的多晶硅栅极不能够配套使用,因此英特尔45纳米晶体管,就需要开发新的金属栅极材料。

据赵军介绍,作为商业机密,英特尔不便于公开所采用的两种特定金属材料,但是可以确定新的栅电极中采用了不同金属材料的组合。

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更高的能效表现

赵军介绍说,在45纳米制程技术中(+微信关注网络世界),高-k栅介质与金属栅极的组合,将使得驱动电流或晶体管性能提高20%以上。与此同时,来自栅极的漏电流可以降至原来的1/10,而新的铪基材料栅介质所具有的高-k属性,使得源极-漏极之间的漏电也降至原来的1/5,这就大大改善了晶体管的能效。采用45纳米晶体管制造技术,晶体管开关所需能量大为减少,主动切换耗电大约降低了30%。据了解,英特尔在45纳米接头中将采用低-k电介质的铜线,也是为了提高性能、降低功耗。同时,英特尔也将采用创新的设计规则和先进的掩模技术。

按照英特尔承诺的计划,他们每隔一年交替推出新的制程工艺技术和微体系架构,去年英特尔发布了新的酷睿微体系架构,那么今年将发布新的45纳米制程工艺技术,而采用该技术生产制造的Penryn系列处理器,也会沿用酷睿微体系架构。在2008年,英特尔将发布新的Nehalem微体系架构,届时会沿用45纳米制造工艺技术。在2009年,英特尔将发布32纳米制造工艺技术,201122纳米产品也将实现量产。

[责任编辑:程永来 cheng_yonglai@cnw.com.cn]