45纳米：演绎芯片产业辩证法

    当业内人士和用户在为英特尔和AMD将芯片产业带入多核时代而欢呼雀跃的时候，孰不知芯片产业和芯片产业的“圣经”摩尔定律正在遭受芯片发展史上最严峻的挑战和考验。

    众所周知，自1970年发明MOS工艺及1973年推出CMOS工艺以来，至今还没有发现可替代它的工艺，足见CMOS工艺的经济合理性。因此，至今硅基材料的应用仍在继续延伸。然而，在晶体管工艺制造中采用二氧化硅作为栅极材料，实质上已逼近极限。如65纳米工艺时，二氧化硅栅极的厚度已降低至1.2纳米，约5个硅原子层厚度，如果再继续缩小，将导致漏电及功耗急剧上升。在半导体制造工艺中采用二氧化硅作为栅介质材料及多晶硅作为栅电极材料的组合已经成功地运行了30多年，一直使用到90纳米还相安无事。之后在65纳米工艺节点时才发现漏电流及功耗急速上升，并开始引起业界的警觉。虽然也曾采用如引变硅等技术来继续延伸，但是自进入45纳米后，矛盾日趋突出，如果想继续缩小尺寸，就必须采用新的材料。由此可见，新的材料的出现和应用是推动芯片产业和延续摩尔定律的关键。

    为此各家芯片厂商都开始新材料的研究。2007年1月，英特尔展示了全世界第一款 45 纳米高K处理器，从而有力地证明了自己的制程技术比半导体行业其他厂商领先一年以上。英特尔联合创始人戈登•摩尔表示：高K和金属栅极材料的使用，标志着自20 世纪60 年代末多晶硅栅极MOS晶体管推出以来，晶体管技术领域最重大的变革。

    高k及金属栅结构与传统的晶体管栅结构比较

   实际上，在芯片制造业中存有不同的看法。以英特尔、IBM、AMD等为代表，主张在45纳米阶段就引入高k及金属栅技术；而大部分芯片制造商，包括一流代工厂，台积电等主张应推迟至32纳米。这主要是出于成本的考虑。因为要建一个45纳米芯片厂，至少需要30亿美元；研发45纳米的工艺，要投入至少24亿美元；设计45纳米芯片，要2000万—5000万美元才能设计其中的一个产品。由此可见一般的芯片厂商是难以承受的。但这个螃蟹终究是要有人先吃的，否则整个芯片产业的发展将有可能出现停滞。从这个意义上看，65纳米制程升级为45纳米制程技术并非以往升级所带来的量变，而是脱胎换骨的质的飞跃。

    与65纳米技术相比，45纳米制造工艺可以将晶体管集成度提升2倍左右，并进一步缩小芯片尺寸或增加晶体管数量。这意味着在300mm圆片上可以切割出更多的芯片，从而降低成本。在节能方面，45纳米工艺可降低30%的晶体管切换电源功耗，源漏-极漏电率降低到1/5，栅氧化层漏电率降低到1/10，并大幅度提高晶体管开关速度。具体到应用上，基于X86架构的服务器、PC和笔记本的性能在大幅度提升的同时，功耗反而大幅下降。这无疑符合了当今企业级数据中心的绿色节能趋势，而对于个人用户而言，在提升PC和笔记本使用体验的同时，更低的能耗和更长的电池使用时间会放大用户的这种使用体验。从用户使用体验的角度也可以看出45纳米带来的质的飞跃。

创新让英特尔延续着芯片产业的摩尔定律

    还在上中学的时候，我们就通过学习辩证唯物主义明白了量变和质变的关系。之所以发生质变是因为量变的积累。对于英特尔来说，之所以在众多的芯片厂商中率先跨过45纳米的“坎”和其一贯注重芯片领域的持续创新和发展战略的量的积累是密不可分的。例如英特尔的Tick-Tock（钟摆）战略，这里的“Tick”代表着全新的制程技术与增强型微体系结构。相应的“Tock”代表着崭新的微体系结构设计，循环周期为两年。例如采用英特尔 45 纳米高 K 制程技术的 Penryn处理器家族是最新的“Tick”产物，它包含有众多针对英特尔“酷睿”微体系结构的创新特性，而2008 年英特尔将推出下一个“Tock”产物，即代号为 Nehalem 的新一代微体系结构。继Nehalem 之后，英特尔将推出基于32纳米制程技术的处理器。

    英特尔的Tick-Tock战略最大限度地降低了芯片产业多米诺骨牌效应的风险，为芯片产业摩尔定律的延续注入了强劲的动力，并为用户最终得到最具性价比的产品和解决方案提供了有力的保证。

Tick-Tock战略演绎着芯片产业量变到质变的辩证法

   通过英特尔率先跨过45纳米的“坎”而演绎的辩证法，笔者在想，究竟谁是一个产业的领导者，领导者的标准应该是什么？是某一款产品的暂时领先吗？是某个局部市场的占优吗？显然不是。一个真正产业的领导者应该是在关键的时刻（当产业的发展出现停滞或衰退的时候），以自己的创新和有效的战略将这个产业带入质变的新的发展阶段的企业，它不是时刻去关注和打击对手，而是在不断的挑战自己和产业的极限，从一个质变走向另一个质变。也惟有这样的企业才能推动整个产业的持续发展，并将这种发展惠及于广阔的市场和最终的消费者。