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(hù)在為英特爾和AMD將芯片產(chǎn)業(yè)帶入多核時(shí)代而歡呼雀躍的時(shí)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(yàn)。

　　眾所周知，自1970年發(fā)明MOS工藝及1973年推出CMOS工藝以來(lái)，至今還沒(méi)有發(fā)現(xiàn)可替代它的工藝，足見(jiàn)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(shí)質(zhì)上已逼近極限。如65納米工藝時(shí)，二氧化硅柵極的厚度已降低至1.2納米，約5個(gè)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(yùn)行了30多年，一直使用到90納米還相安無(wú)事。之后在65納米工藝節(jié)點(diǎn)時(shí)才發(fā)現(xiàn)漏電流及功耗急速上升，并開(kāi)始引起業(yè)界的警覺(jué)。雖然也曾采用如引變硅等技術(shù)來(lái)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(jiàn)，新的材料的出現(xiàn)和應(yīng)用是推動(dòng)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(chǎng)商都開(kāi)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(chǎng)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(lái)，晶體管技術(shù)領(lǐng)域最重大的變革。

　　實(shí)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?jiān)?5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(chǎng)，臺(tái)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?yàn)橐ㄒ粋€(gè)45納米芯片廠(chǎng)，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(jì)45納米芯片，要2000萬(wàn)—5000萬(wàn)美元才能設(shè)計(jì)其中的一個(gè)產(chǎn)品。由此可見(jiàn)一般的芯片廠(chǎng)商是難以承受的。但這個(gè)螃蟹終究是要有人先吃的，否則整個(gè)芯片產(chǎn)業(yè)的發(fā)展將有可能出現(xiàn)停滯。從這個(gè)意義上看，65納米制程升級(jí)為45納米制程技術(shù)并非以往升級(jí)所帶來(lái)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(kāi)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(shí)，功耗反而大幅下降。這無(wú)疑符合了當(dāng)今企業(yè)級(jí)數(shù)據(jù)中心的綠色節(jié)能趨勢(shì)，而對(duì)于個(gè)人用戶(hù)而言，在提升PC和筆記本使用體驗(yàn)的同時(shí)，更低的能耗和更長(zhǎng)的電池使用時(shí)間會(huì)放大用戶(hù)的這種使用體驗(yàn)。從用戶(hù)使用體驗(yàn)的角度也可以看出45納米帶來(lái)的質(zhì)的飛躍。

　　還在上中學(xué)的時(shí)候，我們就通過(guò)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?yàn)榱孔兊姆e累。對(duì)于英特爾來(lái)說(shuō)，之所以在眾多的芯片廠(chǎng)商中率先跨過(guò)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(qiáng)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(jì)，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(duì)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(gè)“Tock”產(chǎn)物，即代號(hào)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(xiǎn)，為芯片產(chǎn)業(yè)摩爾定律的延續(xù)注入了強(qiáng)勁的動(dòng)力，并為用戶(hù)最終得到最具性?xún)r(jià)比的產(chǎn)品和解決方案提供了有力的保證。

　　通過(guò)英特爾率先跨過(guò)45納米的“坎”而演繹的辯證法，筆者在想，究竟誰(shuí)是一個(gè)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(shí)領(lǐng)先嗎?是某個(gè)局部市場(chǎng)的占優(yōu)嗎?顯然不是。一個(gè)真正產(chǎn)業(yè)的領(lǐng)導(dǎo)者應(yīng)該是在關(guān)鍵的時(shí)刻(當(dāng)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展出現(xiàn)停滯或衰退的時(shí)候)，以自己的創(chuàng)新和有效的戰(zhàn)略將這個(gè)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(shí)刻去關(guān)注和打擊對(duì)手，而是在不斷的挑戰(zhàn)自己和產(chǎn)業(yè)的極限，從一個(gè)質(zhì)變走向另一個(gè)質(zhì)變。也惟有這樣的企業(yè)才能推動(dòng)整個(gè)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(chǎng)和最終的消費(fèi)者。