這款3D三柵極晶體管代表著從2D平面晶體管結構的根本性轉變。幾十年來，2D晶體管不僅一直在計算機、手機、消費電子產(chǎn)品中得到了廣泛應用，還用于汽車、航空、家用電器、醫(yī)療設備以及數(shù)千種日用設備的電子控制中。
英特爾公司總裁兼首席執(zhí)行官歐德寧(Paul Otellini)表示：“英特爾的科學家和工程師通過采用3D結構，再一次實現(xiàn)了晶體管的革命。隨著我們把摩爾定律推進到新的領域，3D結構將幫助我們打造令人驚嘆且能改變世界的設備?！?br>
科學家早就意識到3D結構對于延續(xù)摩爾定律的重要意義，因為面對非常小的設備尺寸，物理定律成為晶體管技術進步的障礙。今天宣布的革命性成果，其關鍵在于英特爾能夠把全新的3D三柵極晶體管設計投入批量生產(chǎn)，開啟了摩爾定律的又一個新時代，并且為各種類型的設備的下一代創(chuàng)新打開了大門。
摩爾定律預測了硅技術的發(fā)展步伐：晶體管密度大約每兩年便會增加一倍，同時其功能和性能將提高，而成本則會降低。40多年以來，摩爾定律已經(jīng)成為半導體行業(yè)的基本商業(yè)模式。
實現(xiàn)前所未有的能耗節(jié)省和性能提升
英特爾的3D三柵極晶體管使芯片能夠在更低的電壓下運行，并進一步減少漏電量，與之前最先進的晶體管相比，它能提供前所未有的更高性能和能效。這些能力讓芯片設計師可以根據(jù)應用的需求靈活地選用低能耗或高性能晶體管。
與之前的32nm平面晶體管相比，22nm 3D三柵極晶體管在低電壓下將性能提高了37%。這一驚人的改進意味著它們將是小型手持設備的理想選擇，這種設備要求晶體管在運行時只用較少的電力進行“開關”操作。全新的晶體管只需消耗不到一半的電量，就能達到與32nm芯片中2D平面晶體管一樣的性能。
英特爾高級院士馬博(Mark Bohr)表示：“英特爾獨一無二的3D三柵極晶體管實現(xiàn)了前所未有的性能提升和能耗節(jié)省。這一里程碑的意義要比單純跟上摩爾定律的步伐更為深遠。低電壓和低電量的好處，遠遠超過我們通常從一代制程升級到下一代制程時所得到的好處。它將讓產(chǎn)品設計師能夠靈活地將現(xiàn)有設備創(chuàng)新得更智能，并且有可能開發(fā)出全新的產(chǎn)品。我們相信這一突破將進一步擴大英特爾在半導體行業(yè)的領先優(yōu)勢?！?br>
繼續(xù)創(chuàng)新步伐——摩爾定律
根據(jù)以英特爾聯(lián)合創(chuàng)始人戈登?摩爾(Gordon Moore)命名的摩爾定律，晶體管將變得越來越小、越來越便宜，并且能效越來越高。正因為如此，英特爾一直堅持推動創(chuàng)新和集成，為每個芯片添加更多功能和計算內核，從而提高性能，并降低單個晶體管的制造成本。
要在22nm制程時代延續(xù)摩爾定律，這是一項異常復雜的技術。英特爾的科學家們在2002年發(fā)明了三柵極晶體管——這是根據(jù)柵極有三面而取名的。得益于英特爾高度協(xié)同的研究-開發(fā)-制造技術的集成作業(yè)(research-development-manufacturing pipeline)，今天宣布的技術突破是多年研發(fā)的成果，也標志著這項成果開始進入批量生產(chǎn)階段。
3D三柵極晶體管實現(xiàn)晶體管的革命性突破。傳統(tǒng)“扁平的”2D平面柵極被超級纖薄的、從硅基體垂直豎起的3D硅鰭狀物所代替。電流控制是通過在鰭狀物三面的每一面安裝一個柵極而實現(xiàn)的(兩側和頂部各有一個柵極)，而不是像2D平面晶體管那樣，只在頂部有一個柵極。更多控制可以使晶體管在“開”的狀態(tài)下讓盡可能多的電流通過(高性能)，而在“關”的狀態(tài)下盡可能讓電流接近零(低能耗)，同時還能在兩種狀態(tài)之間迅速切換(這也是為了達到高性能)。
就像摩天大樓通過向天空發(fā)展而使得城市規(guī)劃者優(yōu)化可用空間一樣，英特爾的3D三柵極晶體管結構提供了一種管理晶體管密度的方式。由于這些鰭狀物本身是垂直的，晶體管也能更緊密地封裝起來——這是摩爾定律追求的技術和經(jīng)濟效益的關鍵點所在。未來，設計師還可以不斷增加鰭狀物的高度，從而獲得更高的性能和能效。
“在多年的探索中，我們已經(jīng)看到晶體管尺寸縮小所面臨的極限，”摩爾指出：“今天這種在基本結構層面上的改變，是一種真正革命性的突破，它能夠讓摩爾定律以及創(chuàng)新的歷史步伐繼續(xù)保持活力?！?br>
全球首次展示22nm 3D三柵極晶體管
3D三柵極晶體管將在英特爾下一代22nm制程技術中采用。單個晶體管到底有多大呢?實際上，在雜志上一個“.”符號所占的面積上就可容納超過600萬個22nm三柵極晶體管。
這一天，英特爾展示了全球首個研發(fā)代號為Ivy Bridge的22nm微處理器，可用于筆記本電腦、服務器和臺式機?；贗vy Bridge的英特爾酷睿系列處理器將是首批采用3D三柵極晶體管進行批量生產(chǎn)的芯片。Ivy Bridge預計將在年底前投入批量生產(chǎn)。
這項硅技術的突破也將有助于交付更多基于高度集成的英特爾凌動處理器的產(chǎn)品，以擴展英特爾架構的性能、功能和軟件兼容性，同時滿足各種細分市場對能耗、成本和設計尺寸的整體需求。
硅晶體管里程碑
硅晶體管史上第一次進入3D時代。英特爾推出了三柵極晶體管，其中晶體管通道增加到第三維度。電流是從通道的三面(頂部、左側和右側)來控制的，而不是像傳統(tǒng)平面晶體管一樣，只從頂部控制。最終的結果就是能夠更好地控制晶體管、最大程度利用晶體管開啟狀態(tài)時的電流(實現(xiàn)最佳性能)，并且在關閉狀態(tài)時最大程度減少電流(降低漏電)。
英特爾在新的半導體技術中引入了22nm創(chuàng)新，這將確保摩爾定律在可預見的未來仍將繼續(xù)生效。讓我們一起回顧晶體管的歷史和關鍵里程碑事件：
* 1947年12月16日：William Shockley、John Bardeen和Walter Brattain在貝爾實驗室成功開發(fā)出首個晶體管。
* 1950年：William Shockley開發(fā)出雙極結型晶體管，就是現(xiàn)在通行的標準晶體管。
* 1954年10月18日：首款晶體管收音機Regency TR1上市，這種收音機里面只包含四個鍺晶體管。[!--empirenews.page--]
* 1961年4月25日：羅伯特·諾伊斯獲得首個集成電路專利。最初的晶體管對于收音機和電話而言已經(jīng)足夠了，但是更新的電子設備要求規(guī)格更小的晶體管——集成電路。
* 1965年：摩爾定律誕生——戈登·摩爾在《電子雜志》發(fā)表的文章中預測：未來芯片上晶體管的數(shù)量大約每年翻一倍(10年后，修正為每兩年翻一倍)。三年后，摩爾和諾伊斯創(chuàng)建了英特爾公司，英文名Intel即“集成電子(integrated electronics)”的縮寫。
* 1969年：英特爾開發(fā)出首個成功的PMOS硅柵極晶體管技術。這些晶體管繼續(xù)使用傳統(tǒng)的二氧化硅(SiO2)柵介質，但是引入了新的多晶硅柵電極。
* 1971年：英特爾推出首個微處理器——4004。4004的規(guī)格為1/8英寸×1/16英寸，包含2250個晶體管，采用英特爾10μmPMOS技術在2英寸晶圓上生產(chǎn)。
* 1985年：英特爾386微處理器問世，含有275,000個晶體管，是最初4004晶體管數(shù)量的100多倍。386是32位芯片，具備多任務處理能力，可同時運行多個程序。最初是使用1.5μmCMOS技術制造的。
* 2002年8月13日：英特爾發(fā)布了90nm制程技術的若干技術突破，包括高性能、低功耗晶體管，應變硅，高速銅質接頭和新型低-k介質材料。這是業(yè)內首次在生產(chǎn)工藝中采用應變硅。
* 2007年9月：英特爾公布采用突破性的晶體管材料——高-k金屬柵極。英特爾將采用這些材料在公司下一代處理器——英特爾酷睿2雙核、英特爾酷睿2四核處理器以及英特爾至強系列多核處理器的數(shù)以億計的45nm晶體管中用來構建絕緣“墻”和開關“門”，研發(fā)代號為Penryn。
* 2011年5月3日——英特爾宣布將批量生產(chǎn)一種全新的晶體管設計。三柵極晶體管將在各種計算設備中(從服務器到臺式機，從筆記本電腦到手持式設備)實現(xiàn)前所未有的高性能和能效。
蘇鋒
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