（記者 陳斌）不斷打破新的性能記錄，不斷挑戰(zhàn)摩爾定律極限，這是人們對(duì)半導(dǎo)體工藝變化的最直接感受。而最新的45納米工藝的到來(lái)，還帶給人們對(duì)未來(lái)芯片市場(chǎng)格局變化的更多遐想。

11月16日，英特爾在北京召開(kāi)盛大的發(fā)布會(huì)，一口氣推出了16款研發(fā)代號(hào)為Penryn的新型處理器。這也是世界上首批采用45納米工藝的處理器。

盡管5天前Penryn處理器已經(jīng)在美國(guó)發(fā)布，但絲毫沒(méi)有影響到北京發(fā)布會(huì)的熱度。特意從美國(guó)遠(yuǎn)道而來(lái)的英特爾高級(jí)副總裁、數(shù)字企業(yè)事業(yè)部總經(jīng)理帕特.基辛格表示:“Penryn使英特爾繼續(xù)保持領(lǐng)先的地位”。

向45納米時(shí)代邁進(jìn)

新發(fā)布的處理器中，除了一款是面向游戲和媒體發(fā)燒友的四核至尊版桌面處理器，其余15款均是面向服務(wù)器的雙核和四核至強(qiáng)處理器。到明年第一季度，英特爾還將推出面向臺(tái)式機(jī)和筆記本電腦平臺(tái)的Penry處理器。屆時(shí)，其線下產(chǎn)品將全面進(jìn)入45納米時(shí)代。

據(jù)英特爾官方宣稱，第一批45納米芯片于今年1月在美國(guó)俄勒岡州的英特爾D1D研發(fā)工廠制造，而英特爾位于亞利桑那州的Fab 32工廠成為了全球第一家大批量生產(chǎn)45納米芯片的工廠。到明年，英特爾位于新墨西哥州和以色列的另兩家工廠也將陸續(xù)投入45納米產(chǎn)品的生產(chǎn)。

基辛格還樂(lè)觀地預(yù)測(cè):“到明年年中，英特爾45納米處理器的發(fā)貨量就會(huì)與65納米產(chǎn)品持平?！?/p>

此外，新工藝處理器的封裝完全棄用了鉛元素，并在明年全面采用無(wú)鹵化材料，從而實(shí)現(xiàn)處理器的環(huán)保生產(chǎn)。這在當(dāng)今席卷全球的“綠色計(jì)算”浪潮中，也算是一項(xiàng)45納米工藝的“副產(chǎn)品”。

與90納米和65納米工藝誕生時(shí)的相對(duì)低調(diào)不同，英特爾這回狠狠地拿45納米工藝做了一次文章，并搬出了摩爾定律的發(fā)現(xiàn)者戈登#8226;摩爾來(lái)現(xiàn)身說(shuō)法: “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?！?/p>

摩爾和英特爾的興奮不是沒(méi)有道理的。在發(fā)布會(huì)現(xiàn)場(chǎng)，基辛格坦陳: “一年前還不知道這個(gè)事情是否能做到?！?/p>

隨著硅半導(dǎo)體工藝逐漸接近其物理極限，要面對(duì)的挑戰(zhàn)也越來(lái)越大。在45納米工藝之前，業(yè)界普遍用二氧化硅做柵極介電質(zhì)。但日益變薄的氧化硅層已經(jīng)無(wú)法阻止漏電流的肆虐，而漏電流是導(dǎo)致處理器功耗增長(zhǎng)和不穩(wěn)定的罪魁禍?zhǔn)?。在英特爾之前?5納米制程中，柵介質(zhì)的厚度僅相當(dāng)于5個(gè)原子層。45納米工藝還要進(jìn)一步減小柵介質(zhì)的厚度，氧化硅已經(jīng)無(wú)能為力。

要想進(jìn)一步降低漏電流，就要采用k值（即材料保有電荷的能力）更高和更厚的材料。由于高－k柵介質(zhì)與當(dāng)今的硅柵電極不兼容，因此柵極材料也需要更換。

英特爾的工程師找到了鉿。用含鉿高-k材料和金屬柵極配合，可以制造出更穩(wěn)定和快速的晶體管。對(duì)此，基辛格表示:“新的45納米工藝晶體管開(kāi)關(guān)速度提高了20%，切換功率降低30%，柵極氧化層漏電率降低10倍。英特爾把半導(dǎo)體技術(shù)帶向了未來(lái)。”

工藝的提升帶來(lái)了兩方面的影響: 功耗的降低和更多運(yùn)算資源，最終的結(jié)果是從總體上提高了處理器的性能功耗比。在新處理器的性能提升中，芯片面積從143mm2減少到107mm2，前端總線頻率達(dá)到了1600MHz，每個(gè)內(nèi)核的緩存從2MB增加到3MB，而TDP功耗保持不變，性能功耗比提升了38%，這些都得益于45納米工藝上的進(jìn)步。

芯片升級(jí)模式變化

伴隨Penryn處理器落地的，是英特爾新的Tick-Tock芯片升級(jí)模式。每一“tick”代表芯片壓縮頻率（beat rate），并對(duì)應(yīng)著一個(gè)“tock”，即新的處理器微體系架構(gòu)。這樣，英特爾在奇數(shù)年會(huì)推出采用更小、更先進(jìn)制程的處理器，微處理器架構(gòu)保持相對(duì)穩(wěn)定，偶數(shù)年則推出新的微處理器架構(gòu)。在這種模式下，明年將升級(jí)酷睿微架構(gòu)到新的Nehalem微架構(gòu)，2009年則是32納米制程N(yùn)ehalem內(nèi)核的Westmere處理器，2010年Gesher微架構(gòu)將再次刷新Nehalem架構(gòu)。

英特爾采用這種策略的原因是多方面的。一方面，隨著多核技術(shù)的推進(jìn)，處理器架構(gòu)設(shè)計(jì)面臨著重大轉(zhuǎn)變，核的架構(gòu)、緩存和核間通信設(shè)計(jì)等方面面臨著很多變數(shù)，處理器在采用大量新技術(shù)的同時(shí)還要保持與之前應(yīng)用的兼容和高性能，設(shè)計(jì)難度加大，不可能一步到位，必然是一個(gè)逐步轉(zhuǎn)變的過(guò)程; 另一方面，芯片制造工藝進(jìn)入45納米以后，技術(shù)難度加大，工藝上的集成變得非常重要，小小的疏忽都有可能造成產(chǎn)品的失控而導(dǎo)致失敗。讓處理器架構(gòu)和工藝交叉升級(jí)，總能保證微架構(gòu)和工藝兩者中有一個(gè)是比較成熟的，一旦出現(xiàn)問(wèn)題容易定位，解決了架構(gòu)和工藝匹配的問(wèn)題。

微妙的競(jìng)爭(zhēng)態(tài)勢(shì)

對(duì)于大多數(shù)人熟悉的PC處理器來(lái)講，45納米工藝能夠在保持功耗基本不變的基礎(chǔ)上大幅提升處理器性能，但獲益更大的卻可能是在整合型處理器產(chǎn)品方面。面向超移動(dòng)和消費(fèi)電子SoC產(chǎn)品是新工藝最大的用武之地。前者不過(guò)是好上加好，或者則有能與不能的區(qū)別。

英特爾之前曾經(jīng)表示2008年將推出的超移動(dòng)Menlow平臺(tái)處理器Silverthorne，將實(shí)現(xiàn)當(dāng)前產(chǎn)品的1/10功耗，Silverthorne是一款45納米工藝的低功耗處理器，熱設(shè)計(jì)功耗僅為0.5W。而在今年秋季IDF上透露的手機(jī)類MID平臺(tái)Mooretown功耗甚至僅為Menlow的1/10，其處理器是一款45納米工藝的SoC產(chǎn)品。

芯片巨人新的雄心是將X86芯片延伸到每一個(gè)需要處理器的地方，以此來(lái)填補(bǔ)工藝技術(shù)升級(jí)帶來(lái)的巨大投資支出。英特爾目前還有面向工業(yè)和消費(fèi)電子領(lǐng)域推出獨(dú)立SoC產(chǎn)品的計(jì)劃，而45納米工藝正是這些低功耗產(chǎn)品最佳的表現(xiàn)舞臺(tái)，在英特爾的整體布局中占有重要的地位。

單獨(dú)建造一座45納米工藝的工廠耗資在30億美元左右，這對(duì)任何一個(gè)芯片廠商來(lái)講都不是一個(gè)小的負(fù)擔(dān)，工藝復(fù)雜性和技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)就更不用提。半導(dǎo)體工藝升級(jí)的技術(shù)和成本壓力已經(jīng)讓越來(lái)越多的芯片公司轉(zhuǎn)向了無(wú)廠（Fabless）或者輕工廠（Fit-Fab）模式。

而未來(lái)的先進(jìn)工藝將越來(lái)越向少數(shù)幾個(gè)技術(shù)先進(jìn)的芯片制造廠商集中。如果順利，明年IBM和臺(tái)積電也將緊隨英特爾進(jìn)入45納米工藝量產(chǎn)。

英特爾45納米工藝的投產(chǎn)可能給競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手以更大的競(jìng)爭(zhēng)壓力。由于45納米比65納米工藝節(jié)省了25%的芯片面積，在成本方面也有明顯的優(yōu)勢(shì)。一場(chǎng)殘酷的價(jià)格戰(zhàn)或許就要打響。