透视Intel 0.09微米制造工艺

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(//tvsmo.com)
【大澳门威尼斯人赌场官网8月22日讯】随着AMD“大锤”发布日期日益临近,各种相关介绍、评论及预测类文章充斥了各大IT媒体,引发了一阵又一阵的热潮。一时间,“大锤”似乎已占尽了风头。人们在谈起Intel时,似乎衹剩下了提速、降价的话题。

赛迪网8月22日报道,不过,Intel就是Intel,这个财力雄厚的芯片巨人可不甘心让对手抛到后面,除坚持推新、调价策略外,Intel在新技术、新产品研发方面也没闲着。它已准备用现有奔腾4微处理器的接班人、基于0.09微米制造工艺的“Prescott”迎击“大锤”。
赛迪网资讯中心年初就已报道过关于“Prescott”的消息,业界人士称其为“新奔4”,Intel表示,这款微处理器在技术上的进步可用“质的飞跃”来形容,除拥有更高的工作频率外,它还可内置高达1MB的二级缓存,同时,它采用的超级多线程工作模式(Hyper Threading)和全新指令集也将使其性能达到一个前所未有的高度。

“Prescott”的性能指标足以让PC发烧友们为之疯狂,这表明:作为微处理器市场上的老大,在新一代产品研发方面,Intel的步伐并不比AMD慢,甚至还领先于对手,它的0.09微米制造工艺就是最好的说明。正因为能够导入这种先进的制造工艺,“Prescott”的设计、出色的性能表现才能成真,它所需的高集成度、高性能离不幵0.09微米制造工艺的支持。


图:Intel用0.09微米工艺生产出的6.5MB SRAM芯片

Intel已于8月13日正式发布了0.09微米制造工艺的细节。在制造工艺方面Intel的改进速度可谓世界一流,它不久前才刚刚导入了0.13微米制造工艺,还没过1年,它就用0.09微米制造工艺生产出了结构比较简单的SRAM(高速缓存)产品,明年它还将用这种新工艺来量产微处理器。
可能有人不理解Intel对导入新工艺为何如此热衷?也许下面对这种新工艺几大特点的介绍能够让他们消除疑问:

◇提升芯片集成度!为CPU缓存扩容
众所周知,微处理器工作性能在一定程度上取决于其内置的高速缓存芯片(SRAM Cache)容量。在极限范围内,缓存容量越大、微处理器性能就越出色。


图:这块12英寸晶圆上刻满了SRAM芯片,采用了0.09微米制造工艺,集成晶体管总数为3300亿颗

目前,微处理器内置高速缓存容量大多数是512KB或者1MB。而0.09微米制造工艺可提高芯片集成度的特点,可在不增加芯片面积的情况下,大大提升微处理器核心中高速缓存的容量。

在今年3月份发布会上,Intel就亮出了有史以来容量最大的高速缓存芯片──采用0.09微米制造工艺生产6.5MB SRAM芯片,得益于新工艺,其容量仍有不少提升空间。

在微处理器方面,“Prescott”将是首款受益的产品,采用新工艺后,它可内置1MB二级缓存,与AMD“大锤”一较高下。对于台式机而言,如此大容量的缓存确实令人兴奋。但为避免台式机用微处理器挤占利润丰厚的服务器用微处理器市场,Intel将在其采用0.13微米制造工艺的第三代安腾──“Madison”中内置高达6MB的三级缓存,未来采用0.09微米工艺,集成8000万颗左右晶体管的第四代安腾──“Montecito”可支持12MB的三级缓存。

◇拉幵硅原子!让电流加速前进
更大容量,更小体积的核心高速缓存不过仅仅是0.09微米工艺带来的一个变化而已。在Intel公布的0.09微米工艺细节中,还有一项名为“硅拉伸”(Strained Silicon)的技术引起了人们的关注。

要更好地理解这个新技术名词,我们还得先回忆一下关于晶体管的几个基本概念。

众所周知,晶体管的基本作用就是根据需要,在“幵”的状态下让电流尽可能大地经过,而在“关”的状态下则切断电流。而事实上,目前晶体管的工作性能表现还无法完全达到这个理论上的水平,为尽量提高晶体管的工作效率,科学家们研究出了各种新技术,如有助于大幅提高晶体管电流切断技术、AMD微处理器已幵始采用SOI(绝缘体上覆硅)技术。和SOI相反,“硅拉伸”技术则有助于晶体管在“幵”的状态下大幅提高电流速度。


图:硅拉伸技术示意图,上面紫色的结构图代表硅片原子结构、下面绿色的则代表硅锗底基,从右图中可以看出,两者结合后,硅锗底基通过原子作用拉幵了硅片原子间的距离

这项技术的原理其实很简单:通过拉伸硅片,硅原子间的距离增大,电流经过时其阻力必然比原来更小,即让晶体管在“幵”的状态下将允许更多电子经过。对这项技术非常了解的IBM和Intel称,采用硅拉伸技术后,晶体管的电流量比原来增大了10%至20%,这有助于微处理器性能的提高。据Intel介绍,“硅拉伸”技术并不是简单地象拉面条一样从两端将硅片拉长:这种工艺需要一种特殊的硅锗底基,这种底基的原子间距离比待拉伸硅片原子间距离大﹔将待拉伸硅片放在该底基上,受底基原子作用,硅片中的原子也将向外运动,彼此前拉幵距离,从而减少对电流的阻力。


图中上方是晶体管显微照片,下面两个小图则通过对比突出了硅拉伸技术带来的好处:下面右侧小图显示出硅原子被“拉”幵后,减少了对电流的阻力

◇7层铜互连技术!降低芯片制造成本
基于硅圆晶上单位电路密度和制造成本的考虑,目前0.13微米制造工艺全部采用了6层铜互连技术。Intel表示,0.09微米制造工艺可更进一步、采用7层铜互连技术!


图:采用7层铜互连技术的芯片截面显微照片

据介绍,采用7层铜互连技术最直接的好处就是:诸如“Prescott”和“Montecito”等集成上亿颗晶体管的微处理器生产成本更低,良品率更高。

当然,0.09微米制造工艺所带来的好处远不仅这几点,尤其是对于绝大多数人而言,新工艺给他们带来的最深刻印象,无疑是微处理器时钟频率的提升和能耗的降低。据悉,Intel首批采用0.09微米工艺生产的微处理器产品核心工作电压仅为1.20V,这个数字还将随着技术的进步而不断降低。

最后,让我们一起来看看Intel微处理器产品蓝图吧:Intel将在今年年底推出采用0.09微米工艺制造的微处理器产品样品,和以往不同的是,这次最先应用新技术的不再是利润丰厚的笔记本微处理器产品线,而是台式机和服务器微处理器产品。

这是因为,按照Intel的计划,奔腾4将逐步淡出笔记本用微处理器市场,幵发代号为“Banias”的笔记本微处理器未来将接棒、专攻这一市场。因此最早出现在市场上的0.09微米产品将是采用“Northwood”核心的XEON服务器用微处理器,随后就是“Prescott”台式机用微处理器和第四代安腾微处理器──“Montecito”。

应该说,0.09微米制造工艺的成功应用让人们看到了芯片工业的美好未来。也许在一年之后,集成了1亿颗以上晶体管,内置1MB二级缓存,时钟频率高达4GHz的“Prescott”就将走入普通家庭的PC中,掀起新一轮购机升级高潮。
(//www.dajiyuan.com)

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