英特尔运用新 3-D 立体结构带来电晶体革新

2020-08-02 04:18:22 来源:机器动力 作者:
英特尔公司宣布电晶体演进的重大突破。电晶体乃是现代电子产品中十分微小的基础元件。自从硅电晶体在50年前发明以来,首度採用3D立体结构的电晶体即将迈入量产。英特尔于2002年首次公开命名为Tri-Gate的革命性3D立体电晶体设计。22奈米製程晶片(内部代号为Ivy Bridge),将迈入量产。1奈米为1公尺的10亿分之1。

3-D、三闸(Tri-Gate)电晶体意味着将完全摆脱2D平面电晶体结构。迄今为止,不仅所有电脑、手机、消费电子产品,甚至连汽车、飞机、家用电器、医疗设备、以及成千上万种日常装置内的电子控制元件,在过去数十年皆使用平面结构的电晶体。

英特尔总裁暨执行长欧德宁(Paul Otellini)表示:「英特尔的科学家与工程师们以3-D立体的设计再次彻底革新电晶体。该技术不仅将创造出许多为世界带来不同面貌的惊奇产品,同时,也将摩尔定律推升至新的境界。」

科学家们很早便认同3-D立体电晶体结构能延续摩尔定律的準确性,因为当电路尺寸微缩到一定程度时,物理定律就变成微型化的障碍。今日发表的突破性成果,在于英特尔有能力使创新的3-D、三闸(Tri-Gate)电晶体设计进入量产,这不仅开启摩尔定律的新时代,更为各种装置打开一扇大门,跨入创新的新世代。

摩尔定律预测硅元件技术的发展速度,指出电晶体的密度大约每两年就会倍增,功能与效能攀升,成本则随之下滑。在过去40多年来,摩尔定律已成为半导体产业在经营上所依循的基本规律。

前所未见的省电效率与效能提升

英特尔的3-D、三闸(Tri-Gate)电晶体让晶片能在更低的电压下运作,且降低漏电,相较于先前最先进的电晶体,不仅效能提升且更加省电。这些功能让晶片设计人员掌握充裕弹性,能根据应用的需要选择适合的电晶体,以达到低功耗或高效能的目标。

22奈米的3-D、三闸(Tri-Gate)电晶体在低电压模式,其效能较英特尔的32奈米平面电晶体高出37%。如此出色的性能提升,让这种新晶片适用于各种迷你掌上型装置,在运作时能减少电晶体在开启/关闭反覆切换所耗费的电力。相较于内含2D平面电晶体的32奈米晶片,新型电晶体在维持相同效能时耗电量缩减近一半。

英特尔资深研究院士Mark Bohr表示:「英特尔独特的3-D、三闸(Tri-Gate)电晶体所带来的效能提升与省电,是我们前所未见的非凡表现。这项里程碑的意义绝对不只是延续摩尔定律的準确性。3-D电晶体带来低电压与低耗电的优势,远远超越一般前后两世代製程之间的提升幅度。它将赋予产品设计人员充裕的弹性,为现今的装置加入更多智慧功能,还能开发出全新类型的产品。我们相信这项突破性技术将进一步扩展英特尔在半导体产业的领先优势。」

延续创新的步伐 – 摩尔定律

随着英特尔共同创办人高登摩尔所提出之摩尔定律所预测的速度,电晶体持续变小、更便宜、而且更省电。因此,英特尔能够创新研发、整合、以及加入更多功能与运算核心到每颗晶片,一方面提升效能,同时亦降低每个电晶体的製造成本。

在22奈米世代,想要延续摩尔定律的準确性,业界面临更加複杂的挑战。由于预见这种情况,英特尔的研究科学家在2002年发明了他们称为Tri-Gate的电晶体,取这个名字是因为闸极有三个面。今日宣布的讯息是经历多年研发的成果,结合英特尔的研究/开发/製造团队,使这项成果将迈入大量生产的阶段。

3-D、三闸(Tri-Gate)重新打造了电晶体。传统的“平面” 2D闸极换成3D硅晶薄片,这些做成薄片状的电晶体垂直接附在硅基板的表面上。薄片三个平面上各置有一个闸极,用来控制电流 – 两侧各有一个,第三个则置于顶端,而2D平面电晶体则只有在顶端处置有唯一一个闸极。更多的控制元件让电晶体在切换至「开启」状态(以提高效能)时能流入更多的电流,而在「关闭」状态(达到最低的耗电)时让电流尽可能接近于零,并且让电晶体能快速在两种状态之间切换(以达到更好的效能)。

摩天高楼让都市规划人员得以向天空叠高楼层,以构筑出更多的活动空间,英特尔的3-D、三闸(Tri-Gate)电晶体结构透过类似的方式来提升密度。由于这些电晶体薄片是垂直置于基板上,因此电晶体能靠得更近,这对技术以及摩尔定律预测的经济效率而言至关重要。在未来的世代,产品设计师可持续提高电晶体薄片的高度,藉此达到更高的效能与省电性。

摩尔表示,「多年来我们在电晶体微缩时持续面临重重的极限。基本结构的改变,是一种真正革命性的做法,使得摩尔定律能延续创新的历史步调。」

全球首款22奈米3-D、三闸(Tri-Gate)电晶体的展示

3-D、三闸(Tri-Gate)电晶体将运用在英特尔即将上线的22奈米节点,将能配合电晶体的线路尺吋。在一个英文句点大小的晶粒上就能放入超过600万个22奈米Tri-Gate电晶体。

英特尔 5日展示全球首款22奈米微处理器,这款代号为“Ivy Bridge”的处理器能用在笔记型电脑、伺服器、以及桌上型电脑。Ivy Bridge系列Intel Core (酷睿)处理器将是第一批採用3-D、三闸(Tri-Gate)电晶体的量产晶片。Ivy Bridge处理器预计在今年底前开始量产。

这项硅晶科技的突破亦将协助开发更高整合度的Intel Atom(凌动)处理器,让内含这些新处理器的产品能拥有更优异的效能、功能、以及与Intel架构相容的软体,满足各个市场对于整体耗电、成本、以及尺寸等方面的需求。

Intel、与Intel标誌为英特尔公司或子公司在美国与其他国家之注册商标。*其他品牌和名称为其所属公司的资产。

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