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[导读]半导体电晶体结构将正式由平面式进入三维(3D)时代。英特尔(Intel)5日宣布将于22奈米制程处理器(内部代号为Ivy Bridge)中,首度采用3D结构的电晶体设计,除电晶体整合密度更甚以往,效能显著提升外,由于可在更低电压

半导体电晶体结构将正式由平面式进入三维(3D)时代。英特尔(Intel)5日宣布将于22奈米制程处理器(内部代号为Ivy Bridge)中,首度采用3D结构的电晶体设计,除电晶体整合密度更甚以往,效能显著提升外,由于可在更低电压下运作,耗电量也大幅降低,预计今年底即可开始量产。

英特尔总裁暨执行长欧德宁(Paul Otellini)表示,3D的设计再次彻底革新电晶体的发展,该技术不仅将创造出许多为世界带来不同面貌的惊奇产品,同时,也可将摩尔定律推升至新的境界。

英特尔资深研究院士Mark Bohr进一步指出,3D电晶体带来的低电压与低耗电效益,远超越一般制程升级所能带来的好处,并可赋予产品设计人员充裕的弹性,为现今装置加入更多智慧功能,或开发出全新类型的产品。而这项技术的突破,不仅具有延续摩尔定律准确性的意义,更将进一步扩展英特尔在半导体产业的领先优势。

英特尔已决定将3D电晶体技术运用在其22奈米制程代号为Ivy Bridge的微处理器开发,届时,在一个英文句点大小的晶粒上就能放入超过六百万个22奈米三闸电晶体。Ivy Bridge处理器主要用于笔记型电脑、伺服器及桌上型电脑,而第一批将于今年底开始量产的为酷睿(Core)处理器系列。

此外,3D电晶体技术亦可协助英特尔开发更高整合度的凌动(Atom)处理器,让其在行动装置与消费性等对功耗要求较严苛的市场发展如虎添翼。事实上,英特尔已计划在32奈米Medfield之后,以22奈米制程结合3D电晶体技术开发第四代行动平台。

英特尔3D、三闸电晶体结构示意图
22奈米的3D、三闸电晶体在低电压模式下,效能可比英特尔的32奈米平面式电晶体高出37%,而在运作时也能减少电晶体在开启/关闭反覆切换所耗费的电力,相较于内含2D平面电晶体的32奈米晶片,新型电晶体在维持相同效能时耗电量缩减近一半,因此相当适用于各种迷你掌上型装置。

不同于传统2D平面式结构的电晶体,英特尔于2002年首度提出的三闸(Tri-Gate)电晶体系采革命性的3D设计,将传统的平面闸极换成3D矽晶薄片,这些做成薄片状的电晶体垂直接附在矽基板的表面上。薄片三个平面上各置有一个闸极,用来控制电流--两侧各有一个,第三个则置于顶端,而平面式电晶体则只有在顶端处置有唯一一个闸极。如此一来,更多的控制元件便能让电晶体在切换至“开启”状态(以提高效能)时能流入更多的电流,而在“关闭”状态(达到最低的耗电)时让电流尽可能接近于零,并且让电晶体能快速在两种状态间切换,以达到更好效能。

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