４５納米撲面而來競爭態(tài)勢微妙轉(zhuǎn)變

（記者 陳斌）不斷打破新的性能記錄，不斷挑戰(zhàn)摩爾定律極限，這是人們對半導(dǎo)體工藝變化的最直接感受。而最新的45納米工藝的到來，還帶給人們對未來芯片市場格局變化的更多遐想。

11月16日，英特爾在北京召開盛大的發(fā)布會，一口氣推出了16款研發(fā)代號為Penryn的新型處理器。這也是世界上首批采用45納米工藝的處理器。

盡管5天前Penryn處理器已經(jīng)在美國發(fā)布，但絲毫沒有影響到北京發(fā)布會的熱度。特意從美國遠(yuǎn)道而來的英特爾高級副總裁、數(shù)字企業(yè)事業(yè)部總經(jīng)理帕特.基辛格表示:“Penryn使英特爾繼續(xù)保持領(lǐng)先的地位”。

向45納米時代邁進(jìn)

新發(fā)布的處理器中，除了一款是面向游戲和媒體發(fā)燒友的四核至尊版桌面處理器，其余15款均是面向服務(wù)器的雙核和四核至強(qiáng)處理器。到明年第一季度，英特爾還將推出面向臺式機(jī)和筆記本電腦平臺的Penry處理器。屆時，其線下產(chǎn)品將全面進(jìn)入45納米時代。

據(jù)英特爾官方宣稱，第一批45納米芯片于今年1月在美國俄勒岡州的英特爾D1D研發(fā)工廠制造，而英特爾位于亞利桑那州的Fab 32工廠成為了全球第一家大批量生產(chǎn)45納米芯片的工廠。到明年，英特爾位于新墨西哥州和以色列的另兩家工廠也將陸續(xù)投入45納米產(chǎn)品的生產(chǎn)。

基辛格還樂觀地預(yù)測:“到明年年中，英特爾45納米處理器的發(fā)貨量就會與65納米產(chǎn)品持平。”

此外，新工藝處理器的封裝完全棄用了鉛元素，并在明年全面采用無鹵化材料，從而實(shí)現(xiàn)處理器的環(huán)保生產(chǎn)。這在當(dāng)今席卷全球的“綠色計(jì)算”浪潮中，也算是一項(xiàng)45納米工藝的“副產(chǎn)品”。

與90納米和65納米工藝誕生時的相對低調(diào)不同，英特爾這回狠狠地拿45納米工藝做了一次文章，并搬出了摩爾定律的發(fā)現(xiàn)者戈登#8226;摩爾來現(xiàn)身說法: “高-k和金屬柵極材料的使用，標(biāo)志著自20世紀(jì)60年代末多晶硅柵極MOS晶體管推出以來，晶體管技術(shù)領(lǐng)域最重大的變革。”

摩爾和英特爾的興奮不是沒有道理的。在發(fā)布會現(xiàn)場，基辛格坦陳: “一年前還不知道這個事情是否能做到。”

隨著硅半導(dǎo)體工藝逐漸接近其物理極限，要面對的挑戰(zhàn)也越來越大。在45納米工藝之前，業(yè)界普遍用二氧化硅做柵極介電質(zhì)。但日益變薄的氧化硅層已經(jīng)無法阻止漏電流的肆虐，而漏電流是導(dǎo)致處理器功耗增長和不穩(wěn)定的罪魁禍?zhǔn)住Ｔ谟⑻貭栔暗?5納米制程中，柵介質(zhì)的厚度僅相當(dāng)于5個原子層。45納米工藝還要進(jìn)一步減小柵介質(zhì)的厚度，氧化硅已經(jīng)無能為力。

要想進(jìn)一步降低漏電流，就要采用k值（即材料保有電荷的能力）更高和更厚的材料。由于高－k柵介質(zhì)與當(dāng)今的硅柵電極不兼容，因此柵極材料也需要更換。

英特爾的工程師找到了鉿。用含鉿高-k材料和金屬柵極配合，可以制造出更穩(wěn)定和快速的晶體管。對此，基辛格表示:“新的45納米工藝晶體管開關(guān)速度提高了20%，切換功率降低30%，柵極氧化層漏電率降低10倍。英特爾把半導(dǎo)體技術(shù)帶向了未來。”

工藝的提升帶來了兩方面的影響: 功耗的降低和更多運(yùn)算資源，最終的結(jié)果是從總體上提高了處理器的性能功耗比。在新處理器的性能提升中，芯片面積從143mm2減少到107mm2，前端總線頻率達(dá)到了1600MHz，每個內(nèi)核的緩存從2MB增加到3MB，而TDP功耗保持不變，性能功耗比提升了38%，這些都得益于45納米工藝上的進(jìn)步。

芯片升級模式變化

伴隨Penryn處理器落地的，是英特爾新的Tick-Tock芯片升級模式。每一“tick”代表芯片壓縮頻率（beat rate），并對應(yīng)著一個“tock”，即新的處理器微體系架構(gòu)。這樣，英特爾在奇數(shù)年會推出采用更小、更先進(jìn)制程的處理器，微處理器架構(gòu)保持相對穩(wěn)定，偶數(shù)年則推出新的微處理器架構(gòu)。在這種模式下，明年將升級酷睿微架構(gòu)到新的Nehalem微架構(gòu)，2009年則是32納米制程N(yùn)ehalem內(nèi)核的Westmere處理器，2010年Gesher微架構(gòu)將再次刷新Nehalem架構(gòu)。

英特爾采用這種策略的原因是多方面的。一方面，隨著多核技術(shù)的推進(jìn)，處理器架構(gòu)設(shè)計(jì)面臨著重大轉(zhuǎn)變，核的架構(gòu)、緩存和核間通信設(shè)計(jì)等方面面臨著很多變數(shù)，處理器在采用大量新技術(shù)的同時還要保持與之前應(yīng)用的兼容和高性能，設(shè)計(jì)難度加大，不可能一步到位，必然是一個逐步轉(zhuǎn)變的過程; 另一方面，芯片制造工藝進(jìn)入45納米以后，技術(shù)難度加大，工藝上的集成變得非常重要，小小的疏忽都有可能造成產(chǎn)品的失控而導(dǎo)致失敗。讓處理器架構(gòu)和工藝交叉升級，總能保證微架構(gòu)和工藝兩者中有一個是比較成熟的，一旦出現(xiàn)問題容易定位，解決了架構(gòu)和工藝匹配的問題。

微妙的競爭態(tài)勢

對于大多數(shù)人熟悉的PC處理器來講，45納米工藝能夠在保持功耗基本不變的基礎(chǔ)上大幅提升處理器性能，但獲益更大的卻可能是在整合型處理器產(chǎn)品方面。面向超移動和消費(fèi)電子SoC產(chǎn)品是新工藝最大的用武之地。前者不過是好上加好，或者則有能與不能的區(qū)別。

英特爾之前曾經(jīng)表示2008年將推出的超移動Menlow平臺處理器Silverthorne，將實(shí)現(xiàn)當(dāng)前產(chǎn)品的1/10功耗，Silverthorne是一款45納米工藝的低功耗處理器，熱設(shè)計(jì)功耗僅為0.5W。而在今年秋季IDF上透露的手機(jī)類MID平臺Mooretown功耗甚至僅為Menlow的1/10，其處理器是一款45納米工藝的SoC產(chǎn)品。

芯片巨人新的雄心是將X86芯片延伸到每一個需要處理器的地方，以此來填補(bǔ)工藝技術(shù)升級帶來的巨大投資支出。英特爾目前還有面向工業(yè)和消費(fèi)電子領(lǐng)域推出獨(dú)立SoC產(chǎn)品的計(jì)劃，而45納米工藝正是這些低功耗產(chǎn)品最佳的表現(xiàn)舞臺，在英特爾的整體布局中占有重要的地位。

單獨(dú)建造一座45納米工藝的工廠耗資在30億美元左右，這對任何一個芯片廠商來講都不是一個小的負(fù)擔(dān)，工藝復(fù)雜性和技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)就更不用提。半導(dǎo)體工藝升級的技術(shù)和成本壓力已經(jīng)讓越來越多的芯片公司轉(zhuǎn)向了無廠（Fabless）或者輕工廠（Fit-Fab）模式。

而未來的先進(jìn)工藝將越來越向少數(shù)幾個技術(shù)先進(jìn)的芯片制造廠商集中。如果順利，明年IBM和臺積電也將緊隨英特爾進(jìn)入45納米工藝量產(chǎn)。

英特爾45納米工藝的投產(chǎn)可能給競爭對手以更大的競爭壓力。由于45納米比65納米工藝節(jié)省了25%的芯片面積，在成本方面也有明顯的優(yōu)勢。一場殘酷的價(jià)格戰(zhàn)或許就要打響。