Intel 32nm专题 70亿美元铸就新辉煌

互联网 | 编辑: 周颉 2009-02-12 12:30:00转载 返回原文

这就是Intel准备在2009-2010年间为32nm工艺投入的规模,而且只是在美国本土的。如果再算上此前的投资,到明年底总计将达到80亿美元左右。

晶体管制造层面看32nm工艺-1

这就是Intel准备在2009-2010年间为32nm工艺投入的规模,而且只是在美国本土的。如果再算上此前的投资,到明年底总计将达到80亿美元左右。在经济危机蔓延、各大企业纷纷亏损裁员的情况下,Intel的雄厚底蕴和实力尤为显眼。

陆续上马32nm工艺的Fab晶圆厂有四座:俄勒冈州的D1D已经开始试产,临近的D1C将在今年第四季度正式投产,亚利桑那州Fab 32和新墨西哥州Fab 11X会在2010年跟进。

接下来我们就从生产工艺和处理器规划两方面看看Intel的32nm会给我们带来什么惊喜。

第一部分:从晶体管制造层面看32nm工艺

虽然Tick-Tock模式是最近几年才提出来的,但事实上从1989年开始,Intel的生产工艺就开始了两年升级一次的发展模式。2005年的P1264 65nm (Core)已经基本被淘汰,2007年的P1266 45nm (Penryn)早已全面普及,今年就轮到P1268 32nm (Westmere)了,之后就是2011年的P1270 22nm (IVY Bridge)和2013年的P1272 16nm。

另外Intel对SoC(片上系统)越来越重视,甚至为其准备了单独的制造工艺,在45nm时代内部编号P1266.8,已发布的Canmore CE 3100媒体处理器和下一代Moorestown Atom用的就是这种工艺。到了32nm和22nm时代,SoC工艺编号分别为P1269和P1271。

虽然硅半导体工艺极限问题已经谈论了很多年,但至少在Intel的路线图上,我们还看不到尽头。

到了65nm的时候,栅极介质的厚度已经只有1.2nm(大约相当于五个原子),这时候Intel发现继续缩小的话就无法再控制漏电率了,于是将栅极材料从二氧化硅改成了基于铪的High-K型(具体构成属于商业机密),厚度仅有1.0nm,同时栅极电极也换成了金属。这两项技术合起来通常被简写作“HK+MG”。

晶体管制造层面看32nm工艺-2

下一步的32nm工艺会把High-K介质和金属栅极技术发展到第二代,还有第四代应变硅技术,可将晶体管体积缩小大约30%,栅极厚度也再次薄到0.9nm,特别是Intel还会在关键层上首次使用沉浸式光刻技术,类似AMD在当前45nm工艺上的应用。 Intel还声称,从45nm到32nm可带来超过22%的性能提升。

这22%的指标是哪儿来的?根据NMOS、PMOS晶体管泄漏电流和驱动电流的对比,32nm的能效相比45nm会有明显提高,要么能在同样的漏电率下提高晶体管速度(14-22%),要么能在同样的速度下降低漏电率(5-10倍)。

晶体管制造层面看32nm工艺-3

每次投产新工艺之前,半导体厂商都会在使用SRAM进行测试,而Intel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291Mb,运行速度4GHz。

每一轮工艺升级,SRAM芯片的面积都会减小一半,比如在45nm时代是0.346平方微米(AMD的是0.370平方微米)。

我们之所以今天就能领略到Intel 32nm工艺的风情,一个关键原因就是其成熟度已经相当高。下边这张缺陷密度图就显示了90/65/45/32nm工艺单位面积硅晶圆上缺陷数量随时间的变化趋势,也只有曲线降低到一定程度之后才可以批量投产。看看32nm的曲线就很明显了。

细看32nm工艺处理器家族-1第二部分:细看32nm工艺处理器家族

就像精准的时钟一样,Intel的Tick-Tock模式已经稳步走过了三大步:2006年7月的65nm Core Conroe-Tock、2007年10月的45nm Penryn-Tick、2008年11月的45nm Nehalem-Tock。接下来的32nm Westmere就是另一次Tick了,也就是以升级工艺为主,核心架构变化不大;再往后是同样32nm的Sandy Bridge,届时又会带来新的架构技术。

随着产品线的丰富,我们要面对的开发代号也是越来越多。在当前的45nm时代主要有一下六个部分:

高端桌面是四核心Bloomfield Core i7,LGA1366接口,也是唯一已经发布的产品;

主流桌面是四核心Lynnfield,LGA1156接口,下半年发布;

笔记本领域是四核心Clarksfield,mPGA-989接口,下半年发布;

单路服务器是四核心Lynnfield,LGA1156接口,下半年发布,和桌面版其实一样;

双路服务器是四核心Nehalem-EP,LGA1366接口,源于Core i7,上半年发布;

四路服务器是八核心Nehalem-EX,LGA1567接口,下半年发布。

此前针对低端桌面和笔记本的双核心Havendale、Auburndale都已经被取消,Intel会直接推出32nm版本。

32nm时代依然会有上述六大部分,目前已经公布的四部分是高端桌面六核心Gulftown(明年上半年)、主流桌面双核心Clarkdale(今年第四季度)、笔记本双核心Arrandale(今年第四季度)、单路服务器双核心Clarkdale(明年),双路和四路服务器代号还处于保密阶段。

细看32nm工艺处理器家族-2

由于的是,除了高端桌面核心数从四个增加到六个,另外三部分都是从四核心减半到了双核心,新的桌面四核心要等到2010年的32nm Sandy Bridge。

除了首款六核心型号,32nm Westmere家族里另外值得特别关注的就是将会首次集成图形核心的Clarkdale和Arrandale。它们都将采用多芯片封装(MCP)形式,基板上都有两个核心(Die),其中较小的微处理器部分采用32nm工艺制造,不过较大的图形核心部分(还有内存控制器)还是使用45nm,可以看作原来的北桥芯片。

细看32nm工艺处理器家族-3两部分都采用32nm还要等到2010年的Sandy Bridge才会实现。

再看看新的指令集。和Penryn引入了SSE4.1类似,Westmere相比于Core i7将加入七条新指令集,其中六条AES用于加密、解密算法的加速,还有一条是Carryless乘法指令(PCLMULQDQ)。

细看32nm工艺处理器家族-4

因为从Nehalem到Westmere主要就是改进工艺,不涉及核心架构,所以在接口和平台上没有变化,其中芯片组方面Gulftown可用在X58上,Clarkdale兼容5系列,Arrandale支持5M系列。当然了,按照Intel芯片组主板的一贯趋势,现在购买的主板基本不可能在今后支持32nm处理器(能支持最好)。

除了X58平台还是处理器、北桥和南桥三部分,其他5系列芯片组加上处理器都改为双芯片设计,其中图形核心(iGFX)和内存控制器都转移到处理器内部,原本属于南桥的输入输出功能则放置在北桥里。

下边就是4系列和5系列芯片组的架构对比图:

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