英特爾公司（Intel）2011年5月4日推出革命性的三柵極（Tri-Gate）3-D晶體管設(shè)計（英特爾曾在2002年首次披露），并將批量投產(chǎn)研發(fā)代號Ivy Bridge的22納米英特爾芯片。晶體管是現(xiàn)代電子設(shè)備的微小的元件，1納米是1米的十億分之一，自50多年前硅晶體管發(fā)明以來，3-D結(jié)構(gòu)晶體管史無前例將首次投入批量生產(chǎn)。

這款3-D三柵極晶體管代表著從2-D平面晶體管結(jié)構(gòu)的根本性轉(zhuǎn)變。幾十年來，2-D晶體管不僅一直在計算機、手機、消費電子產(chǎn)品中得到了廣泛應(yīng)用，還用于汽車、航空、家用電器、醫(yī)療設(shè)備以及數(shù)千種日用設(shè)備的電子控制中。

科學(xué)家早就意識到3-D結(jié)構(gòu)對于延續(xù)摩爾定律的重要意義，因為面對非常小的設(shè)備尺寸，物理定律成為晶體管技術(shù)進(jìn)步的障礙。今天宣布的革命性成果，其關(guān)鍵在于英特爾能夠把全新的3-D三柵極晶體管設(shè)計投入批量生產(chǎn)，開啟了摩爾定律的又一個新時代，并且為各種類型的設(shè)備的下一代創(chuàng)新打開了大門。

摩爾定律（Moore's law）預(yù)測了硅技術(shù)的發(fā)展步伐：晶體管密度大約每兩年便會增加一倍，同時其功能和性能將提高，而成本則會降低。40多年以來，摩爾定律已經(jīng)成為半導(dǎo)體行業(yè)的基本商業(yè)模式。

實現(xiàn)前所未有的能耗節(jié)省和性能提升

英特爾的3-D三柵極晶體管使芯片能夠在更低的電壓下運行，并進(jìn)一步減少漏電量，與之前最先進(jìn)的晶體管相比，它能提供前所未有的更高性能和能效。這些能力讓芯片設(shè)計師可以根據(jù)應(yīng)用的需求靈活地選用低能耗或高性能晶體管。

與之前的32納米平面晶體管相比，22納米3-D三柵極晶體管在低電壓下將性能提高了37%。這一驚人的改進(jìn)意味著它們將是小型手持設(shè)備的理想選擇，這種設(shè)備要求晶體管在運行時只用較少的電力進(jìn)行“開關(guān)”操作。全新的晶體管只需消耗不到一半的電量，就能達(dá)到與32納米芯片中2-D平面晶體管一樣的性能。

英特爾高級院士馬博（Mark Bohr）表示：“英特爾獨一無二的3-D三柵極晶體管實現(xiàn)了前所未有的性能提升和能耗節(jié)省。這一里程碑的意義要比單純跟上摩爾定律的步伐更為深遠(yuǎn)。低電壓和低電量的好處，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過我們通常從一代制程升級到下一代制程時所得到的好處。它將讓產(chǎn)品設(shè)計師能夠靈活地將現(xiàn)有設(shè)備創(chuàng)新得更智能，并且有可能開發(fā)出全新的產(chǎn)品。我們相信這一突破將進(jìn)一步擴大英特爾在半導(dǎo)體行業(yè)的領(lǐng)先優(yōu)勢。”

繼續(xù)創(chuàng)新步伐——摩爾定律

根據(jù)以英特爾聯(lián)合創(chuàng)始人戈登•摩爾（Gordon Moore）命名的摩爾定律，晶體管將變得越來越小、越來越便宜，并且能效越來越高。正因為如此，英特爾一直堅持推動創(chuàng)新和集成，為每個芯片添加更多功能和計算內(nèi)核，從而提高性能，并降低單個晶體管的制造成本。

要在22納米制程時代延續(xù)摩爾定律，這是一項異常復(fù)雜的技術(shù)。英特爾的科學(xué)家們在2002年發(fā)明了三柵極晶體管——這是根據(jù)柵極有三面而取名的。得益于英特爾高度協(xié)同的研究-開發(fā)-制造技術(shù)的集成作業(yè)（research-development-manufacturing pipeline），今天宣布的技術(shù)突破是多年研發(fā)的成果，也標(biāo)志著這項成果開始進(jìn)入批量生產(chǎn)階段。

3-D三柵極晶體管實現(xiàn)晶體管的革命性突破。傳統(tǒng)“扁平的”2-D平面柵極被超級纖薄的、從硅基體垂直豎起的3-D硅鰭狀物所代替。電流控制是通過在鰭狀物三面的每一面安裝一個柵極而實現(xiàn)的（兩側(cè)和頂部各有一個柵極），而不是像2-D平面晶體管那樣，只在頂部有一個柵極。更多控制可以使晶體管在“開”的狀態(tài)下讓盡可能多的電流通過（高性能），而在“關(guān)”的狀態(tài)下盡可能讓電流接近零（低能耗），同時還能在兩種狀態(tài)之間迅速切換（這

也是為了達(dá)到高性能）。

就像摩天大樓通過向天空發(fā)展而使得城市規(guī)劃者優(yōu)化可用空間一樣，英特爾的3-D三柵極晶體管結(jié)構(gòu)提供了一種管理晶體管密度的方式。由于這些鰭狀物本身是垂直的，晶體管也能更緊密地封裝起來——這是摩爾定律追求的技術(shù)和經(jīng)濟效益的關(guān)鍵點所在。未來，設(shè)計師還可以不斷增加鰭狀物的高度，從而獲得更高的性能和能效。

“在多年的探索中，我們已經(jīng)看到晶體管尺寸縮小所面臨的極限，”摩爾指出：“今天這種在基本結(jié)構(gòu)層面上的改變，是一種真正革命性的突破，它能夠讓摩爾定律以及創(chuàng)新的歷史步伐繼續(xù)保持活力�！�

全球首次展示22納米3-D三柵極晶體管

3-D三柵極晶體管將在英特爾下一代22納米制程技術(shù)中采用。單個晶體管到底有多大呢？實際上，在本文一個英文句點的面積上就可容納超過600萬個22納米三柵極晶體管。

今天，英特爾展示了全球首個研發(fā)代號為Ivy Bridge的22納米微處理器，可用于筆記本電腦、服務(wù)器和臺式機�；贗vy Bridge的英特爾酷睿系列處理器將是首批采用3-D三柵極晶體管進(jìn)行批量生產(chǎn)的芯片。Ivy Bridge預(yù)計將在年底前投入批量生產(chǎn)。

這項硅技術(shù)的突破也將有助于交付更多基于高度集成的英特爾凌動處理器的產(chǎn)品，以擴展英特爾架構(gòu)的性能、功能和軟件兼容性，同時滿足各種細(xì)分市場對能耗、成本和設(shè)計尺寸的整體需求。
 
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