IBM芯片設(shè)計(jì)取得重大突破 回首十年創(chuàng)新演進(jìn)

IBM日前宣布了一項(xiàng)芯片設(shè)計(jì)領(lǐng)域重大的突破——“Airgap”，這一技術(shù)是IBM實(shí)驗(yàn)室十年芯片創(chuàng)新歷史中一個(gè)具有歷史意義的突破。憑借新的材料和設(shè)計(jì)架構(gòu)，IBM實(shí)驗(yàn)室不斷地制造出尺寸更小、功能更強(qiáng)、能效更高的芯片，這些創(chuàng)新成果對(duì)IT業(yè)界產(chǎn)生了重要的影響。 

IBM具有開(kāi)創(chuàng)性的工作開(kāi)始于1997年在整個(gè)行業(yè)中采用銅線取代鋁線進(jìn)行布線，這一創(chuàng)新使電流阻抗立即下降了35%，同時(shí)芯片性能提高了15%。 

從此，IBM的科學(xué)家們一直沿著摩爾定律的軌道持續(xù)不斷地推動(dòng)性能的提升。以下是從IBM實(shí)驗(yàn)室過(guò)去十年間的幾十項(xiàng)創(chuàng)新中抽取的十大芯片突破成果： 

1.銅芯片（Copper），1997年9月——出于很多技術(shù)原因，大多數(shù)人認(rèn)為在芯片中取代鋁線布線基本不可能。但I(xiàn)BM的工作小組克服了這些技術(shù)問(wèn)題，很快地將銅線投入到生產(chǎn)中，其結(jié)果使芯片性能立刻得到提高。現(xiàn)在，IBM的開(kāi)創(chuàng)性技術(shù)仍然是行業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)。 

2.絕緣硅（SOI），1998年8月——絕緣硅（Silicon on Insulator）技術(shù)通過(guò)在現(xiàn)代芯片上絕緣隔離數(shù)以百萬(wàn)計(jì)的晶體管，從而實(shí)現(xiàn)了功耗的降低和性能的提高。在IBM開(kāi)發(fā)出這項(xiàng)技術(shù)前，半導(dǎo)體行業(yè)對(duì)絕緣硅技術(shù)的研究已經(jīng)進(jìn)行了15年。 

3.應(yīng)變硅（Strained Silicon），2001年6月——該項(xiàng)技術(shù)可以拉伸芯片內(nèi)的材料，降低阻抗和加快電子流過(guò)晶體管的速度，從而提高性能和降低功耗。 

4.雙內(nèi)核微處理器（Dual-Core Microprocessors），2001年10月——全球第一個(gè)雙內(nèi)核微處理器POWER4作為Regatta的一部分發(fā)布，Regatta是一款System p服務(wù)器，是當(dāng)時(shí)世界上功能最強(qiáng)大的服務(wù)器。自此兩年多以后——對(duì)于技術(shù)行業(yè)這是一個(gè)漫長(zhǎng)的時(shí)間，我們的第一個(gè)競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手才將雙內(nèi)核芯片投放市場(chǎng)。 

5.浸沒(méi)式光刻（Immersion Lithography ），2004年12月——IBM宣布在全球首次采用這項(xiàng)新的制造技術(shù)，即可以使芯片尺寸可以做得更小的技術(shù)，來(lái)生產(chǎn)商用微處理器。 

6.冷凍硅鍺芯片（Frozen SiGe Chip），2006年6月——上世紀(jì)90年代，IBM首次采用硅鍺（SiGe）取代了更加昂貴和不穩(wěn)定的材料，制造出了尺寸更小、速度更快和成本更低的芯片，這使IBM開(kāi)始向經(jīng)營(yíng)無(wú)線產(chǎn)品，如移動(dòng)電話和路由器的公司銷(xiāo)售芯片。去年，IBM通過(guò)與NASA提供支持的Georgia科技公司合作，又突破了硅鍺技術(shù)的限制，向全球展示了第一款能夠在500GHz頻率以上工作的硅基芯片——通過(guò)將芯片冷凍到接近絕對(duì)零度來(lái)實(shí)現(xiàn)。 

7.高電介質(zhì)（High-k），2007年1月——IBM宣布推出一種解決方案來(lái)解決業(yè)界最頭痛的問(wèn)題之一，即晶體管電流泄漏問(wèn)題。通過(guò)采用新的材料，IBM將制造出具有“高電介質(zhì)金屬門(mén)（High-k metal gates）”的芯片，從而使產(chǎn)品的性能更好、尺寸更小、能源效率更高。 

8.嵌入式動(dòng)態(tài)隨機(jī)訪問(wèn)存儲(chǔ)器（eDRAM），2007年2月——通過(guò)在微處理器芯片上采用創(chuàng)新的新型快速動(dòng)態(tài)隨機(jī)訪問(wèn)存儲(chǔ)器（DRAM）取代靜態(tài)存儲(chǔ)器（SRAM），IBM能夠?qū)崿F(xiàn)三倍以上容量的嵌入式內(nèi)存，并使性能得到極大提高。 

9.三維芯片堆疊（3-D Chip Stacking），2007年4月——IBM宣布采用“穿透硅通道（through-silicon vias）”技術(shù)制造三維芯片，穿透硅通道使半導(dǎo)體可以垂直疊放，而原來(lái)只能接近水平依次排放，這樣就可以將關(guān)鍵線路路徑的長(zhǎng)度縮短最高達(dá)1000倍。 

10.Airgap，2007年5月——使用“自組裝”納米技術(shù)，IBM在Power架構(gòu)的微處理器內(nèi)數(shù)英里長(zhǎng)的線路之間創(chuàng)造出一種真空狀態(tài)，這樣就減少了不必要的電容，提高了性能和能源效率。