４５納米撲面而來競爭態勢微妙轉變

（記者 陳斌）不斷打破新的性能記錄，不斷挑戰摩爾定律極限，這是人們對半導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布會，一口氣推出了16款研發代號為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處理器已經在美國發布，但絲毫沒有影響到北京發布會的熱度。特意從美國遠道而來的英特爾高級副總裁、數字企業事業部總經理帕特.基辛格表示:“Penryn使英特爾繼續保持領先的地位”。

向45納米時代邁進

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

據英特爾官方宣稱，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投入45納米產品的生產。

基辛格還樂觀地預測:“到明年年中，英特爾45納米處理器的發貨量就會與65納米產品持平。”

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，從而實現處理器的環保生產。這在當今席卷全球的“綠色計算”浪潮中，也算是一項45納米工藝的“副產品”。

與90納米和65納米工藝誕生時的相對低調不同，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現者戈登#8226;摩爾來現身說法: “高-k和金屬柵極材料的使用，標志著自20世紀60年代末多晶硅柵極MOS晶體管推出以來，晶體管技術領域最重大的變革。”

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

隨著硅半導體工藝逐漸接近其物理極限，要面對的挑戰也越來越大。在45納米工藝之前，業界普遍用二氧化硅做柵極介電質。但日益變薄的氧化硅層已經無法阻止漏電流的肆虐，而漏電流是導致處理器功耗增長和不穩定的罪魁禍首。在英特爾之前的65納米制程中，柵介質的厚度僅相當于5個原子層。45納米工藝還要進一步減小柵介質的厚度，氧化硅已經無能為力。

要想進一步降低漏電流，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柵介質與當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。英特爾把半導體技術帶向了未來。”

工藝的提升帶來了兩方面的影響: 功耗的降低和更多運算資源，最終的結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，前端總線頻率達到了1600MHz，每個內核的緩存從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），并對應著一個“tock”，即新的處理器微體系架構。這樣，英特爾在奇數年會推出采用更小、更先進制程的處理器，微處理器架構保持相對穩定，偶數年則推出新的微處理器架構。在這種模式下，明年將升級酷睿微架構到新的Nehalem微架構，2009年則是32納米制程Nehalem內核的Westmere處理器，2010年Gesher微架構將再次刷新Nehalem架構。

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

微妙的競爭態勢

對于大多數人熟悉的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品方面。面向超移動和消費電子SoC產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別。

英特爾之前曾經表示2008年將推出的超移動Menlow平臺處理器Silverthorne，將實現當前產品的1/10功耗，Silverthorne是一款45納米工藝的低功耗處理器，熱設計功耗僅為0.5W。而在今年秋季IDF上透露的手機類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，以此來填補工藝技術升級帶來的巨大投資支出。英特爾目前還有面向工業和消費電子領域推出獨立SoC產品的計劃，而45納米工藝正是這些低功耗產品最佳的表現舞臺，在英特爾的整體布局中占有重要的地位。

單獨建造一座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擔，工藝復雜性和技術風險就更不用提。半導體工藝升級的技術和成本壓力已經讓越來越多的芯片公司轉向了無廠（Fabless）或者輕工廠（Fit-Fab）模式。

而未來的先進工藝將越來越向少數幾個技術先進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入45納米工藝量產。

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