英特尔32纳米制程技术简介
英特尔推出了采用第二代高k+金属栅极晶体管的32纳米制程技术,该制程技术以大获成功的45纳米制程技术为基础。目前的45纳米制程技术成就了英特尔全新的酷睿™微架构(Nehalem)以及英特尔®酷睿™i7处理器。
采用高k+金属栅极的45纳米制程技术取得巨大成功之后,英特尔再接再厉推出了采用第二代高k+金属栅极的32纳米制程技术,目前已接近量产。这种新制程技术将用来制造英特尔®Nehalem微体系架构的32纳米版本-Westmere。基于Westmere的产品将应用于以下细分市场:移动设备、笔记本电脑、台式机和服务器。英特尔是首家演示了可正常运行的32纳米处理器的公司,目前正在有条不紊地实现其称为“Tick-Tock模式”的新产品创新节奏,即每隔一年交替推出新一代的先进制程技术和处理器微体系架构。
要理解32纳米的重要性,必须先了解45纳米制程技术和高k +金属栅极晶体管:
要了解32纳米制程技术的重要性,我们需要先了解2007年推出的45纳米制程技术。英特尔内部将45纳米制程称为P1266。正是依靠这种制程,英特尔推出了高性能的英特尔® Nehalem微体系架构并且取得了巨大成功。 P1266是首次采用高k+金属栅极晶体管的制程,这一技术性的突破既能提高晶体管的性能,又能减少电流的泄露。在推出P1266制程技术时,英特尔就承诺快速将45纳米技术投入实际的量产阶段。英特尔兑现了其诺言,目前它是唯一一家把高k +金属栅极晶体管的45纳米制程投入量产的公司。
事实上,将45 纳米制程投入量产的速度之快是英特尔历史上前所未有的。45纳米处理器在第一年的单位产量已经达到65纳米制程技术同期产量的两倍。现在,45纳米制程已应用于多个细分计算产品的制造过程。 英特尔® 凌动™单核处理器、 英特尔® 酷睿™2 双核处理器、英特尔®酷睿™ i7处理器,甚至英特尔® 至强®六核处理器在制造时均采用了45纳米制程。
采用第二代高k +金属栅极晶体管的32纳米制程技术,英特尔取得又一次飞跃。
32纳米制程技术的基础是第二代高k+金属栅极晶体管。英特尔对第一代高k+金属栅极晶体管进行了众多改进。 在45纳米制程中,高k电介质的等效氧化层厚度为1.0纳米。而在32纳米制程中,此氧化层的厚度仅为0.9纳米,而栅极长度则缩短为30纳米。
晶体管的栅极间距每两年缩小0.7倍——32纳米制程采用了业内最紧凑的栅极间距。32纳米制程采用了与英特尔45纳米制程一样的置换金属栅极工艺流程,这样有利于英特尔充分利用现有的成功工艺。这些改进对于缩小集成电路(IC)尺寸、提高晶体管的性能至关重要。采用高k+金属栅极晶体管的32纳米制程技术可以帮助设计人员同时优化电路的尺寸和性能。
由于氧化层厚度减小,栅极长度缩短,晶体管的性能提高了22%以上。这些晶体管的驱动电流和栅极长度创造了业内最佳纪录。此外,漏电电流也得到了优化。与45纳米制程相比,NMOS晶体管的漏电量减少5倍多,PMOS晶体管的漏电量则减少10倍以上。由于上述改进,电路的尺寸和性能均可得到显著优化。除此之外,32纳米还采用了第四代应变硅技术,用于提高晶体管的性能——这样一来,英特尔便可争取更多的时间和机会进行更多技术创新。
32纳米SRAM测试芯片证明了该制程以及摩尔定律的正确性。
2007年9月首次亮相的32纳米SRAM测试芯片不仅证明了32纳米制程的正确性,而且证明了摩尔定律的正确性。利用32纳米技术,英特尔能够将SRAM存储单元的尺寸从45纳米制程技术下的0.346平方微米缩小到的0.171平方微米。
回顾之前采用的制程技术,英特尔延续了每两年将晶体管尺寸(例如,使晶体管密度翻倍的能力)缩小50%的发展趋势。该测试芯片的尺寸和复杂程度也证明了这种制程技术的正确性。该测试芯片集成度高(超过19亿个晶体管)、密度大(291Mbit)、速度快(4GHz运行),而且,作为一款出色的工具(测试芯片),它证实了提高产量的可行性、性能、可靠性,从而为生产32纳米处理器产品做好充分准备。
英特尔32纳米制程蓝图
32纳米量产曲线对比之前最快量产能力的45纳米技术,反映了32纳米快速投入量产的能力。
英特尔对45纳米P1266制程的量产过程和产量感到非常自豪。利用45纳米技术,英特尔展示了能够快速降低芯片不良品率的实力。这种进步是通过革命性特性和新的行业领先技术取得的。45纳米P1266处理器是英特尔有史以来产量最高的制程。
32纳米制程的产量将达到或超过了极为成功的45纳米制程。缺陷率的降低幅度(相对于45纳米技术)已达到两年内的预期,因此英特尔预计将在2009年第四季度开始的生产中实现低不良品率和高产量。
为了完成处理器产品向32纳米技术的过渡,英特尔在未来两年内上马四座fab芯片生产厂。位于俄勒冈州的D1D芯片厂目前已经投入使用,同样位于俄勒冈州的D1C芯片厂将于2009年第四季度投入使用,以满足32纳米产品的生产需求。2010年,英特尔将再建两座制造工厂。位于亚利桑那州的Fab 32生产厂和位于新墨西哥州的Fab 11X生产厂。
采用第二代高K+金属栅极晶体管的32纳米制程技术,生产世界顶尖的处理器和计算产品。
Westmere是率先采用32纳米制程技术的处理器系列产品。这种处理器(基于极为成功的代号为的英特尔®Nehalem微体系架构)将应用于多个细分市场。这项“创新,然后缩小”的战略被称为英特尔的Tick Tock发展模式。基于45纳米Nehalem架构的产品(Tock)代表了一种主流的新型处理器体系架构和设计,这种体系架构和设计已经应用到了采用45纳米制程技术的产品之中。基于Westmere的处理器(Tick-09年第四季度投入生产)将随后推出,这种基于32纳米制程的处理器将使现有的微体系架构变得更小、更快、更节能。
基于Westmere的处理器将推动基于Nehalem的产品成为主流客户机。基于Westmere技术的处理器将提升客户机的性能(较之于45纳米英特尔®酷睿™微体系架构家族),缩小处理器内核的尺寸,并且将促成将显卡集成至处理器的多芯片封装(MCP)中。
32纳米制程技术及其产品的良好发展势头,促使英特尔加速了32纳米台式机和移动处理器产品的推进步伐。
随着32纳米制程技术的快速发展,基于Westmere的英特尔®处理器也将会随后迅速进入笔记本电脑、台式机和服务器市场。根据客户机发展路线图,在支持8个软件线程的45纳米英特尔®酷睿™ i7和英特尔®酷睿™ i7至尊版四核处理器之后,英特尔将推出采用32纳米技术、代号为Gulftown的处理器,以满足高端台式机计算市场的需求。在高性能和主流台式机市场,除了代号为Lynnfield的45纳米处理器(4个核/8个线程)之外,还会出现采用32纳米技术、代号为Clarkdale的处理器(双核/4个线程)——此款处理器将集成显卡功能。
在移动计算领域,移动高端市场仍将采用45纳米制程技术、代号为Clarksfield的处理器(4个核/8个线程),而高性能和主流市场将会向采用32纳米技术、代号为Arrandale的处理器迁移(双核/4个线程)——此款处理器将在09年第四季度投产。
在所有主要的英特尔®至强®服务器市场,我们计划迁移到32纳米制程技术。与在台式机市场的发布一样,Clarkdale处理器将会受到“实用型”市场的欢迎。未来,“高能效”市场(英特尔®至强®处理器5000系列)将从45纳米Nehalem-EP处理器迁移到32纳米Westmere处理器。“可扩展”市场(英特尔®至强®处理器7000系列)也将从45纳米Nehalem-EX处理器迁移到32纳米Westmere处理器。
主流客户机芯片进行重新分组:通过提高集成度来改进性能、降低功耗。
32纳米客户机处理器不仅改进了性能扩展空间,而且缩小了芯片尺寸。Clarkdale和Arrandale主流客户机平台的芯片将通过这些新处理器产品进行重新分组。
目前,人们将主流PC视为一个3芯片解决方案,一个是处理器芯片,一个是北桥芯片(GMCH)——包含集成显卡、图形控制器、显示系统,以及支持英特尔®博锐™技术的管理引擎。而第三个则是主要用来控制I/O功能的南桥芯片(ICH)。
而在基于Westmere的客户机中,集成显卡和内存控制器将放在多芯片封装内的处理器中。在采用32纳米处理器硅核的封装内,显卡和图形控制器是一个45纳米芯片。未来,第二个芯片将包含针对英特尔®博锐技术的管理引擎、I/O控制器和显示功能。在即将推出的支持45纳米和32纳米处理器的新芯片组被称为英特尔® 5系列芯片组。
32纳米引领芯片革命
32纳米Westmere——全新指令,Westmere远非Nehalem处理器的微缩版。
Tick-Tock制造模式中的Tick意为,将现有的处理器微体系架构缩小到尺寸更小的处理器核心中。通常,在用新制程缩小硅核芯片时,基本不会对处理器进行改进。然而,基于Westmere的处理器未遵循这一原则,它新增了微码指令和硬件功能,从而提高了电源管理能力。
Westmere处理器将采用全新指令来加速加密和解密算法。这6条新的高级加密标准(AES)指令在企业计算中会发挥巨大的作用。比如,设计人员可以编写软件,以便充分利用AES实现全面的磁盘加密。
采用第二代高k +金属栅极晶体管的32纳米制程技术的时代即将到来!
英特尔将通过Westmere系列处理器——即英特尔®微体系架构处理器Nehalem的32纳米版本,将32纳米技术推广到计算行业中。此款产品预计将在2009年第四季度投产。32纳米技术将会以更快的速度、更低的功耗开创第二代高k +金属栅极晶体管的新纪元。该制程技术将为性能更高、功耗更低的处理器提供强力支持,继续谱写摩尔定律。
基于Westmere的首款产品将会率先在客户机市场发布,其中包括Clarkdale(台式机)和Arrandale(笔记本电脑)双核/4线程产品。根据发展路线图,服务器产品将紧随其后,以此增强Nehalem-EX和Nehalem-EP产品。这些新产品将采用能够加速进行加密和解密的全新指令,将具有更出色的散热能力、更强大的电源管理功能。
英特尔计划在2009年第四季度开始生产基于32纳米制程技术的产品。

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