45納米：演繹芯片產(chǎn)業(yè)辯證法

　　當(dāng)業(yè)內(nèi)人士和用戶在為英特爾和AMD將芯片產(chǎn)業(yè)帶入多核時代而歡呼雀躍的時候，孰不知芯片產(chǎn)業(yè)和芯片產(chǎn)業(yè)的“圣經(jīng)”摩爾定律正在遭受芯片發(fā)展史上最嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)和考驗。

　　眾所周知，自1970年發(fā)明MOS工藝及1973年推出CMOS工藝以來，至今還沒有發(fā)現(xiàn)可替代它的工藝，足見CMOS工藝的經(jīng)濟(jì)合理性。因此，至今硅基材料的應(yīng)用仍在繼續(xù)延伸。然而，在晶體管工藝制造中采用二氧化硅作為柵極材料，實質(zhì)上已逼近極限。如65納米工藝時，二氧化硅柵極的厚度已降低至1.2納米，約5個硅原子層厚度，如果再繼續(xù)縮小，將導(dǎo)致漏電及功耗急劇上升。在半導(dǎo)體制造工藝中采用二氧化硅作為柵介質(zhì)材料及多晶硅作為柵電極材料的組合已經(jīng)成功地運行了30多年，一直使用到90納米還相安無事。之后在65納米工藝節(jié)點時才發(fā)現(xiàn)漏電流及功耗急速上升，并開始引起業(yè)界的警覺。雖然也曾采用如引變硅等技術(shù)來繼續(xù)延伸，但是自進(jìn)入45納米后，矛盾日趨突出，如果想繼續(xù)縮小尺寸，就必須采用新的材料。由此可見，新的材料的出現(xiàn)和應(yīng)用是推動芯片產(chǎn)業(yè)和延續(xù)摩爾定律的關(guān)鍵。

　　為此各家芯片廠商都開始新材料的研究。2007年1月，英特爾展示了全世界第一款 45 納米高K處理器，從而有力地證明了自己的制程技術(shù)比半導(dǎo)體行業(yè)其他廠商領(lǐng)先一年以上。英特爾聯(lián)合創(chuàng)始人戈登•摩爾表示：高K和金屬柵極材料的使用，標(biāo)志著自20 世紀(jì)60 年代末多晶硅柵極MOS晶體管推出以來，晶體管技術(shù)領(lǐng)域最重大的變革。

　　實際上，在芯片制造業(yè)中存有不同的看法。以英特爾、IBM、AMD等為代表，主張在45納米階段就引入高k及金屬柵技術(shù);而大部分芯片制造商，包括一流代工廠，臺積電等主張應(yīng)推遲至32納米。這主要是出于成本的考慮。因為要建一個45納米芯片廠，至少需要30億美元;研發(fā)45納米的工藝，要投入至少24億美元;設(shè)計45納米芯片，要2000萬—5000萬美元才能設(shè)計其中的一個產(chǎn)品。由此可見一般的芯片廠商是難以承受的。但這個螃蟹終究是要有人先吃的，否則整個芯片產(chǎn)業(yè)的發(fā)展將有可能出現(xiàn)停滯。從這個意義上看，65納米制程升級為45納米制程技術(shù)并非以往升級所帶來的量變，而是脫胎換骨的質(zhì)的飛躍。

　　與65納米技術(shù)相比，45納米制造工藝可以將晶體管集成度提升2倍左右，并進(jìn)一步縮小芯片尺寸或增加晶體管數(shù)量。這意味著在300mm圓片上可以切割出更多的芯片，從而降低成本。在節(jié)能方面，45納米工藝可降低30%的晶體管切換電源功耗，源漏-極漏電率降低到1/5，柵氧化層漏電率降低到1/10，并大幅度提高晶體管開關(guān)速度。具體到應(yīng)用上，基于X86架構(gòu)的服務(wù)器、PC和筆記本的性能在大幅度提升的同時，功耗反而大幅下降。這無疑符合了當(dāng)今企業(yè)級數(shù)據(jù)中心的綠色節(jié)能趨勢，而對于個人用戶而言，在提升PC和筆記本使用體驗的同時，更低的能耗和更長的電池使用時間會放大用戶的這種使用體驗。從用戶使用體驗的角度也可以看出45納米帶來的質(zhì)的飛躍。

　　還在上中學(xué)的時候，我們就通過學(xué)習(xí)辯證唯物主義明白了量變和質(zhì)變的關(guān)系。之所以發(fā)生質(zhì)變是因為量變的積累。對于英特爾來說，之所以在眾多的芯片廠商中率先跨過45納米的“坎”和其一貫注重芯片領(lǐng)域的持續(xù)創(chuàng)新和發(fā)展戰(zhàn)略的量的積累是密不可分的。例如英特爾的Tick-Tock(鐘擺)戰(zhàn)略，這里的“Tick”代表著全新的制程技術(shù)與增強型微體系結(jié)構(gòu)。相應(yīng)的“Tock”代表著嶄新的微體系結(jié)構(gòu)設(shè)計，循環(huán)周期為兩年。例如采用英特爾 45 納米高 K 制程技術(shù)的 Penryn處理器家族是最新的“Tick”產(chǎn)物，它包含有眾多針對英特爾“酷?！蔽Ⅲw系結(jié)構(gòu)的創(chuàng)新特性，而2008 年英特爾將推出下一個“Tock”產(chǎn)物，即代號為 Nehalem 的新一代微體系結(jié)構(gòu)。繼Nehalem 之后，英特爾將推出基于32納米制程技術(shù)的處理器。

　　英特爾的Tick-Tock戰(zhàn)略最大限度地降低了芯片產(chǎn)業(yè)多米諾骨牌效應(yīng)的風(fēng)險，為芯片產(chǎn)業(yè)摩爾定律的延續(xù)注入了強勁的動力，并為用戶最終得到最具性價比的產(chǎn)品和解決方案提供了有力的保證。

　　通過英特爾率先跨過45納米的“坎”而演繹的辯證法，筆者在想，究竟誰是一個產(chǎn)業(yè)的領(lǐng)導(dǎo)者，領(lǐng)導(dǎo)者的標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)該是什么?是某一款產(chǎn)品的暫時領(lǐng)先嗎?是某個局部市場的占優(yōu)嗎?顯然不是。一個真正產(chǎn)業(yè)的領(lǐng)導(dǎo)者應(yīng)該是在關(guān)鍵的時刻(當(dāng)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展出現(xiàn)停滯或衰退的時候)，以自己的創(chuàng)新和有效的戰(zhàn)略將這個產(chǎn)業(yè)帶入質(zhì)變的新的發(fā)展階段的企業(yè)，它不是時刻去關(guān)注和打擊對手，而是在不斷的挑戰(zhàn)自己和產(chǎn)業(yè)的極限，從一個質(zhì)變走向另一個質(zhì)變。也惟有這樣的企業(yè)才能推動整個產(chǎn)業(yè)的持續(xù)發(fā)展，并將這種發(fā)展惠及于廣闊的市場和最終的消費者。