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ZOL博客 > 刘克丽的博客 > 未来CPU芯片耗电量减少一半 英特尔3D晶体管今年批量生产

未来CPU芯片耗电量减少一半 英特尔3D晶体管今年批量生产


2011-05-05 13:18:46    分类:克丽观察 | 业界 |  评论(5) |  浏览(12997)

自50多年前硅晶体管、半导体集成电路发明以来,3-D结构晶体管首次投入批量生产, 这是2011年5月4日英特尔公司在总部位于美国加州圣克拉拉今天宣布的重大突破。这标志着,今后采用3D技术的CPU耗电量会减少一半。称为三栅极(Tri-Gate)的革命性3-D晶体管设计(英特尔曾在2002年首次披露),并于今年底投入批量投产研发代号Ivy Bridge的22纳米英特尔芯片。

其实,英特尔公司在2003年CEO贝瑞特访问中国在回答记者关于摩尔定律没有考虑功耗的增长问题时,就向记者透露过关于3维门技术的研发情况,在2008年记者去英特总部采访时也追问过贝瑞特相关进展,得到的是“3-5年内实现”,8年后的今天发布的这款3-D三栅极晶体管代表着从2-D平面晶体管结构的根本性转变。

目前所使用的所有半导体晶体管集成电路都是2D的,即半导体晶体只生在平面内,而3D晶体管却生长上3维中,不仅集成度提高,而且可以减少50%以上的漏电流,这样,在理论上所有半导体芯片今后可以减少一半的功耗。

英特尔公司总裁兼首席执行官欧德宁(Paul Otellini)表示:“英特尔的科学家和工程师通过采用3-D结构,再一次实现了晶体管的革命。随着我们把摩尔定律推进到新的领域,3-D结构将帮助我们打造令人惊叹且能改变世界的设备。”

与之前的32纳米平面晶体管相比,22纳米3-D三栅极晶体管在低电压下将性能提高了37%,而且只需消耗不到一半的电量,就能达到与32纳米芯片中2-D平面晶体管一样的性能。

背景:

晶体管十大里程碑

1、 1947年12月16日:William Shockley、John Bardeen和Walter Brattain在贝尔实验室成功开发出首个晶体管。

2、1950年:William Shockley开发出双极结型晶体管,就是现在通行的标准晶体管。1954年10月18日:首款晶体管收音机Regency TR1上市,这种收音机里面只包含四个锗晶体管。

3、1961年4月25日:罗伯特·诺伊斯获得首个集成电路专利。最初的晶体管对于收音机和电话而言已经足够了,但是更新的电子设备要求规格更小的晶体管——集成电路。

4、1965年:摩尔定律诞生——戈登·摩尔在《电子杂志》发表的文章中预测:未来芯片上晶体管的数量大约每年翻一倍(10年后,修正为每两年翻一倍)。三年后,摩尔和诺伊斯创建了英特尔公司,英文名Intel即“集成电子(integrated electronics)”的缩写。

5、1969年:英特尔开发出首个成功的PMOS硅栅极晶体管技术。这些晶体管继续使用传统的二氧化硅(SiO2)栅介质,但是引入了新的多晶硅栅电极。

6、1971年:英特尔推出首个微处理器——4004。4004的规格为1/8英寸×1/16英寸,包含2250个晶体管,采用英特尔10微米PMOS技术在2英寸晶圆上生产。

7、1985年:英特尔386微处理器问世,含有275,000个晶体管,是最初4004晶体管数量的100多倍。386是32位芯片,具备多任务处理能力,可同时运行多个程序。最初是使用1.5微米CMOS技术制造的。

8、2002年8月13日:英特尔发布了90纳米制程技术的若干技术突破,包括高性能、低功耗晶体管,应变硅,高速铜质接头和新型低-k介质材料。这是业内首次在生产工艺中采用应变硅。

92007年9月:英特尔公布采用突破性的晶体管材料——高-k金属栅极。英特尔将采用这些材料在公司下一代处理器——英特尔®酷睿2双核、英特尔酷睿2四核处理器以及英特尔至强®系列多核处理器的数以亿计的45纳米晶体管中用来构建绝缘“墙”和开关“门”,研发代号为Penryn。

10、2011年5月3日——英特尔宣布将批量生产一种全新的晶体管设计。三栅极晶体管将在各种计算设备中(从服务器到台式机,从笔记本电脑到手持式设备)实现前所未有的高性能和能效。

背景:

22纳米到底如何小而强

最早由贝尔实验室在1947年开发的晶体管非常大,以至于可用手直接进行组装。与之形成强烈对比的是,一个针头上就可以容纳超过1亿个22纳米三栅极晶体管。本文一个英文句点符号上可以容纳超过600万个22纳米三栅极晶体管。

22纳米三栅极晶体管的栅极非常小,人的一根头发的宽度就能容纳超过4000个栅极。果果一幢普通房子按照晶体管的发展速度持续缩小,那么它已经小到你只有通过显微镜才能看到它。要想用肉眼看到22纳米的晶体管,你必须把一块芯片放大到比房子还大。与英特尔1971年推出的首款4004微处理器相比,22纳米CPU的运行速度提高了4000多倍,而每个晶体管的能耗则降低了5000倍。每个晶体管的价格降低到原来的1/50000。

一个22纳米晶体管可在1秒钟之内开关1000亿次。一个人开关这么多次电灯,差不多需要花2000年时间。

设计三栅极晶体管是一回事,投入批量生产又是另一回事。英特尔工厂每秒钟生产超过50亿个晶体管,每年就是150,000,000,000,000,000个。这相当于全世界所有男人、女人和儿童都有超过2000万个晶体管。

编后:每个人要这么多晶体管干什么?

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标签:电脑 纳米 晶体管 
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