英特爾高級工程師兼首席架構(gòu)師Varghese George

3-D晶體管技術(shù)的誕生

2012年正處于英特爾Tick-Tock的Tick年，也就是工藝年。按照Tick-Tock的基本原則，英特爾將在2012年推出采用比往年更精密的制程工藝，而今年英特爾的處理器芯片制造也確實將會升級到22納米工藝。新的22納米制程工藝和我們所見過的以往工藝還是有著很大不同的，英特爾這次采用了一種全新的晶圓設(shè)計方式，那就是3-D晶體管。

晶圓電路直接立起來

3-D晶體管技術(shù)無疑是被拿出來討論次數(shù)最多的嶄新名詞。2011年5月6日，Intel宣布了“年度最重要技術(shù)”世界上第一個3-D三維晶體管“Tri-Gate”。半個多世紀以來，晶體管一直都在使用2D平面結(jié)構(gòu)，而現(xiàn)在“Tri-Gate”的發(fā)明則意味著晶體管技術(shù)終于邁入了3D時代。

3-D晶體管顯微圖

3-D晶體管代表著從2-D平面晶體管結(jié)構(gòu)的根本性轉(zhuǎn)變。實際上科學(xué)家們早就意識到3-D結(jié)構(gòu)對延續(xù)摩爾定律的重要意義，因為面對非常小的設(shè)備尺寸，物理定律成為晶體管技術(shù)進步的障礙。3D的架構(gòu)則意味著平面到空間的轉(zhuǎn)換，以線動成面、面動成空間的基本常識來說，3-D晶體管可以看做是一種晶體管架構(gòu)的大幅度進化。

英特爾在2011年5月4日宣布的革命性成果，其關(guān)鍵就在于能夠把全新的3-D三柵極晶體管設(shè)計設(shè)入批量生產(chǎn)，這意味著2002年就出現(xiàn)的3-D晶體管技術(shù)終于從實驗室走到了量產(chǎn)的階段。

新制程的新架構(gòu)晶體管對行業(yè)帶來的影響

英特爾這些年在制程上確實是走在了行業(yè)的最前沿，而2012年帶來的22納米3-D晶體管技術(shù)也再一次讓人們清晰認識到英特爾在工藝方面的強大能力，這帶給行業(yè)其他用戶的壓力之大是毋庸置疑的。

首先承受壓力的是英特爾一直以來的競爭對手或者說友商AMD。目前AMD的制程已經(jīng)全面升級到了32納米，但對于AMD來說，22納米制程應(yīng)該不會來得那么快。實際上AMD在32納米時代就已經(jīng)落后于英特爾長達半年之久，而這次的22納米應(yīng)該不會比半年更短。

完全“站立”起來的3-D晶體管

當(dāng)然，對于芯片級的廠商來說，英特爾發(fā)布的22納米3-D晶體管同樣是具備足夠影響力的。對于顯卡芯片廠商來說，目前GPU的工藝已經(jīng)進化到了28納米，雖然這一工藝已經(jīng)是目前芯片的最高量產(chǎn)工藝(因為Ivy Bridge尚未發(fā)布)，甚至領(lǐng)先于之前英特爾采用32納米高K柵極工藝設(shè)計的Sandy Bridge，但GPU工藝在短暫領(lǐng)先之后依然會被Ivy Bridge的22納米3-D晶體管工藝所甩開。

簡單地從面積看 22納米和32納米之間的區(qū)別

其實即使是最為淺顯地單純從面積來看22納米和32納米之間的對比，我們也同樣能發(fā)現(xiàn)22納米的優(yōu)勢在同樣的芯片面積中22納米工藝設(shè)計的電路會比32納米更加復(fù)雜，而同樣的，如果兩者之間采用同樣的電路設(shè)計，那么22納米工藝無疑會比32納米的體積更小，同時由于工藝的原因，22納米帶來的電能消耗也會更低因為22納米的漏電現(xiàn)象會比32納米改良很多。

所以還是那條規(guī)律更低的制程能夠帶來更高的效能(同樣體積的芯片下)和更低的功耗(同樣架構(gòu)的芯片下)，22納米帶來的提升將是十分顯著的。

更新的制程會為CPU帶來什么

有人說更低的制程會帶來更強的處理器性能，在這一點上我們還是必須理性地用辯證的眼光去審視：就像我們在前一章節(jié)中所說的那樣，22納米的更高制程允許設(shè)計者在同樣大小的芯片上設(shè)計出更加復(fù)雜更加龐大的晶體管電路，這無疑會讓芯片的計算能力進一步提升;而另一方面，更高的制程也允許設(shè)計者在更小的芯片中設(shè)計出和此前完全一樣的性能，這也同時會帶來更低的功耗。關(guān)鍵就看英特爾的研發(fā)者采用的是怎樣一種路線了。

從目前已知的信息來分析，英特爾在Ivy Bridge的設(shè)計中采用了前面兩種思路混合的設(shè)計方式，即在設(shè)計出更加復(fù)雜電路時也限制了芯片的面積。這看上去是一種很矛盾的設(shè)計思路，但事實上我們都忘記了其實第三代智能英特爾酷睿產(chǎn)品是一款CPU和GPU完全結(jié)合的產(chǎn)品，它的內(nèi)部還有著核芯顯卡的部分。

網(wǎng)絡(luò)上泄露的英特爾產(chǎn)品規(guī)劃路線圖

又要提到我們在一開始所介紹的Tick-Tock戰(zhàn)略了，Ivy Bridge處于英特爾的Tick年，也即是工藝年，所以Ivy Bridge的處理器性能不會有翻天覆地的變化(也就是說類似Sandy Bridge發(fā)布時那樣的大幅度性能提升不會在Ivy Bridge上出現(xiàn))，我們之前得到過一些性能方面的消息，了解到Ivy Bridge相比Sandy Bridge，在CPU部分的性能上有一些提升，這應(yīng)該就是22納米3-D晶體管的工藝所帶來的純硬屬性的性能幫助了。

外媒曝光出的疑似Ivy Bridge的晶圓架構(gòu)圖

而另一方面，更高的制程也讓英特爾的設(shè)計者有了很大的發(fā)展空間，那么這種發(fā)展空間更多地可能就是被消耗在了核芯顯卡上，因此可以期待的是Ivy Bridge的核芯顯卡性能將會出現(xiàn)超大幅度的提升?；叵氲絊andy Bridge已經(jīng)非常不錯的核芯顯卡效能，Ivy Bridge的核芯顯卡預(yù)測應(yīng)該能夠完勝一些入門級的獨立顯卡了。

可以想象的是當(dāng)英特爾的第三代智能酷睿處理器發(fā)布之后勢必會給業(yè)界帶來強烈的影響。對于行業(yè)來說，英特爾又一次走在了制程工藝的最前沿，3-D晶體管帶來的卻已經(jīng)不僅僅是工藝那么簡單了，它還帶來了一種嶄新的設(shè)計理念。無論是對3-D晶體管報以巨大期望的人還是對3-D晶體管抱著觀望態(tài)度的人都無法否認這種嶄新理念所帶來的巨大影響力它確實讓人們的觀念產(chǎn)生了巨大變化。

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