32纳米:效能改进和发展规律
● PMOS和NMOS的改进
效能的改进还不仅仅体现在第四代应变硅技术和沉浸式光刻技术的应用。在引入32纳米技术的时候,英特尔宣称该工艺将使晶体管性能提升22%,并且提供有史以来最高的驱动电流。相比引入45纳米工艺时提升的20%的驱动电流更进一步。
那么这22%的性能提升来自哪里呢?以英特尔官方给出的数据来看,这22%主要来自NMOS和PMOS在新工艺下的性能提升和漏电量的减少。PMOS(Positive channel-Metal-Oxide-Semiconductor)是指n型衬底、p沟道,靠空穴的流动运送电流的MOS管,而NMOS是n沟道MOS管,全称为金属-氧化物-半导体(N-Mental-Oxide-Semiconductor)。这种MOS管位于金属栅极,最基本的功能是做开关,控制电路的通断。英特尔宣称在同等漏电量下,NMOS和PMOS晶体管可以分别提升14%和22%的速度,而在同样速度的前提下,NMOS和PMOS晶体管的漏电量又分别下降了5倍和10倍。
● 从试产到量产的过程达两年
SRAM作为CPU的高速缓存,在每一次工艺升级时半导体厂商都会用SRAM测试工艺的成熟程度,比如英特尔的第一颗32nm SRAM芯片在2007年9月就已经完成,晶体管数量超过19亿个,单元面积0.171平方微米,容量291Mbit,运行速度4GHz。而相应的产品量产则在去年年底。
英特尔表示SRAM单元面积每两年缩小0.5倍,比如在45nm时代是0.346平方微米。英特尔45纳米SRAM芯片在2006年1月完成,晶体管数量达10亿个,当时的存储容量为153Mbit,相当于65纳米工艺SRAM单元面积的一半。同样,英特尔第一款量产的45纳米处理器酷睿2 QX9650在2007年11月才亮相。
从这张图我们可以看出,每一代的芯片良品率(Yield)都随着时间的推移而增加,随之而来的是缺陷密度(Defect Density)的减少。其中,32纳米工艺的相关产品进入到量产阶段和45纳米进入这个阶段相隔了2年时间。在去年9月于旧金山举行的秋季IDF大会上,英特尔首席执行官欧德宁(Paul Otellini)表示22纳米SRAM已经试产成功,该SRAM容量为364Mbit,单元面积0.092平方微米,基于第三代高K金属栅极晶体管技术。也就是说,我们最早在明年下半年才可以看到量产的22纳米处理器问世。

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