高K-金属栅极和45纳米有什么关系？(下篇——达成目标实现量产)
作者 赵军, 2008年2月14日
下篇——达成目标实现量产
确定了新的材料，要在45纳米的量产中达到设定的目标也不是一件容易的事情。其中的艰辛就不再累述。现在看看新的材料在“高-K 栅极介电质+金属栅极”晶体管中带来了什么样的奇特效果。
下图是采用了新材料做出来的晶体管的示意图，这种“高-K 栅极介电质+金属栅极”晶体管与前一代“传统材料”做的晶体管相比，有以下几个显著的飞跃。
(1) 源极(S)到漏极(D)的漏电降低 5倍以上，图中S到D箭头方向 (2) 栅极氧化物介电质漏电降低 10倍以上，图中从上到下的箭头方向 (3) 驱动电流效率提升20% 以上，即晶体管的性能提升20%
从单个数字看5倍，10倍以及20%，可能不是特别激动人心，不过我们想象一下，一颗芯片上数以亿计的晶体管，每个晶体管都能得益于这样的飞跃，那么累计提高的能效和减少的漏电量无异于“蚂蚁雄兵”，非常可观。障碍晶体管做得更小，漏电更低，能效更高以及性能更高的物理瓶颈就得以突破了。
“高-k栅介质+金属栅极晶体管是自上世纪60年代晚期推出多晶硅栅极金属氧化物半导体（MOS）晶体管以来，晶体管技术领域里最重大的突破”。英特尔公司的创始人之一，也是摩尔定律的提出者——戈登 • 摩尔（Gordon Moore）博士给出了这样极高的评价。
英特尔公司为了将研制成功的高-k栅介质+金属栅极晶体管应用于微处理器芯片的规模量产，还需要做到： 1. 集成到45纳米 CMOS制程中 2. 达到高性能 3. 整体的低漏电 4. 满足高可靠性要求 5. 工艺可量产和精确拷贝
下图的靓照是采用高-k栅介质+金属栅极晶体管和45纳米工艺制造出来的、最新的酷睿2双核处理器的芯片剖面图。它的面积仅有107平方毫米，基本上就是1厘米见方，即1x1厘米的大小，但是却拥有4.1亿个晶体管。
英特尔公司已经于去年11月分开始开始量产45纳米的基于高-k栅介质+金属栅极晶体管的处理器产品，产品覆盖整个产品线：服务器，台式机和笔记本。这项创新技术的量产时间比业界同行整整早了至少2年时间。
按照计划和估计，英特尔公司45纳米量产的芯片将于2008年第3季度超过65纳米量产的芯片，新旧更替的分水岭就在图中趋势线的交叉点。
虽然英特尔今天成功地越过了研制量产45纳米和高-K 栅极介电质+金属栅极晶体管的障碍，但是按照摩尔定律，两年以后，就是2009年，就要试产新一代的生产工艺——32纳米。摆在英特尔公司面前当然不是一马平川，不过，我们相信这些困难和障碍在英特尔人面前都会变成历史。
评论 (10)
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评论
2008年2月14日 | LZHY :
顶！很高兴再次读到赵老师的文章！
2008年2月15日 | wf :
深入浅出的好文章，谢谢赵老师的情人节礼物。
2008年2月20日 | wow gold :
没事干，不错啊
2008年2月24日 | guojihong :
不知为什么看不到图片
2008年2月24日 | guojihong :
通俗易懂，非常喜欢的行文风格。
2008年2月25日 | William Wang :
想咨询一个题外的问题：在Intel Xeon CPU的型号中，第一个英文字母代表的是什么含意呢？在性能方面有区分吗？比如“E5335”和“L5335”，“X5355”。是按照功率的大小区分的“L”、“E”和“X”吗？
2008年2月25日 | 赵军 :
关于图片，你再试试。
2008年2月25日 | 赵军 :
Intel Xeon CPU 中的第一个字母代表了性能和功耗。
X 表示着重于最高性能，TDP 目前为120W.
E 表示高能效，主流产品，性能和功耗兼顾，TDP目前为80W.
L 表示低电压，主要是用于刀片式服务器，TDP 目前为50W.
2008年3月06日 | William Wang :
很谢谢赵老师的热心回答，再问一下，L5335和E5335的CPU在内部架构是否一致呢？还是有一些差别？
2008年3月17日 | 赵军 :
William,
L5335和E5335 在CPU内部架构上没有什么区别。