45納米

1906年，世界第一枚電子器件劃時代而生。此後百年間，隨着晶體管與集成電路的成功開發，人類開始步入速度驚人的芯片時代。

眾所周知，能夠帶來突破性性能與尺寸的新體系結構，需要在更小的體積內放入更多數目的晶體管，這需要更高級的芯片製程工藝。從第一顆處理器到90納米處理器，乃至65納米處理器都是如此。英特爾把這種以兩年為週期的芯片與微體系結構快速發展步調稱為“Tick-tock”戰略。當硅製程技術“Tick”與微體系結構“Tock”交替發展到65納米階段時，進一步突破遇到了難以逾越的瓶頸。

我們知道，一般的晶體管可分為低電阻層、多晶硅柵極和二氧化硅電介層。其中，二氧化硅電介層在65納米時代已降低至相當於五層原子的厚度，再進一步縮小則會遭遇電介層的漏電而達到極限。

但是，對業界影響深遠的摩爾定律並沒有因此而失去效力。經歷千萬次的試驗，英特爾將一種熔沸點和強度都極高且抗腐蝕性的新型金屬鉿(Hf)運用到芯片處理技術當中，創造出英特爾45納米高K金屬柵極硅製程技術層，替換二氧化硅電介層。

英特爾45納米高K技術能將晶體管間的切換功耗降低近30%，將晶體管切換速度提高20%，而減少柵極漏電10倍以上，源極向漏極漏電5倍以上。這就為芯片帶來更低的功耗和更持久的電池使用時間，並擁有更多的晶體管數目以及更小尺寸。

2007年，英特爾發佈第一款基於45納米的四核英特爾至強處理器以及英特爾酷睿2至尊四核處理器，帶領世界跨入45納米全新時代。

難以置信的偉大突破！請繼續探索45納米世界，發現更多驚奇。

在處理器量產中採用的45nm芯片生產工藝和同時提及的高K-金屬柵極有什麼關係嗎？

高K-金屬柵極到底是什麼？

為什麼説成功研製高K-金屬柵極並將之付諸量產是半導體業界里程碑式的技術變革和突破？

突進中的困惑

我們天天説45nm製程，但真正明白其含義的朋友恐怕並不多，這裏我們首先來明確下這個概念。45nm(1μm=1000nm，1nm為10億分之一米)不是指的芯片上每個晶體管的大小，也不是指用於蝕刻芯片形成電路時採用的激光光源的波長，而是指芯片上晶體管的柵極寬度，衡量半導體制程的參數很多，比如芯片上晶體管和晶體管之間導線連線的寬度，簡稱線寬。(此處應為連線的高度，線寬在一個技術時代裏（比如45nm工藝）是可以不斷縮小的，而線的高度是不變的)。半導體業界也經常用線寬這個工藝尺寸來代表硅芯片生產工藝的水平。早期的連線採用鋁，後來很多國外的大公司採用銅導線了。

我們知道，處理器性能的不斷提高離不開優秀的核心微架構設計，而芯片生產工藝的更新換代是保證不斷創新設計的處理器變為現實的基礎。每一次製作工藝的更新換代都給新一輪處理器高速發展鋪平了大道。因為線寬越小，晶體管也越小，讓晶體管工作需要的電壓和電流就越低，晶體管開關的速度也就越快，這樣新工藝的晶體管就可以工作在更高的頻率下，隨之而來的就是芯片性能的提升。

大家習慣了芯片生產工藝兩年一次的更新換代，給大家的感覺好像是從65nm到45nm同以前從130nm到90nm，以及從90nm到65nm一樣沒有什麼特別的。根據摩爾定律，就是每18個月，在同樣面積的硅片上把兩倍的晶體管“塞”進去，從單個晶體管的角度來看，為了延續摩爾定律，我們需要每兩年把晶體管的尺寸縮小到原來的一半。工藝已經將晶體管的組成部分做到了幾個分子和原子的厚度，組成半導體的材料已經達到了它的物理電氣特性的極限。最早達到這個極限的部件是組成晶體管的柵極氧化物——柵極介電質，現有的工藝都是採用二氧化硅(SiO2)層作為柵極介電質(圖1)。大家也把源極(Source)和漏極(Drain)之間的部分叫做溝道(Channel)，在柵極氧化物上面是柵極(Gate)。

晶體管的工作原理其實很簡單，就是用兩個狀態表示二進制的“0”和“1”。源極和漏極之間是溝道，當沒有對柵極(G)施加電壓的時候，溝道中不會聚集有效的電荷，源極(S)和漏極(D)之間不會有有效電流產生，晶體管處於關閉狀態。可以把這種關閉的狀態解釋為“0”，當對柵極(G)施加電壓的時候，溝道中會聚集有效的電荷，形成一條從源極(S)到漏極(D)導通的通道，晶體管處於開啓狀態，可以把這種狀態解釋為“1”。這樣二進制的兩個狀態就由晶體管的開啓和關閉狀態表示出來了。

我們可以把柵極比喻為控制水管的閥門，開啓讓水流過，關閉截止水流。晶體管的開啓/關閉的速度就是我們説的頻率，如果主頻是1GHz，也就是晶體管可以在1秒鐘開啓和關閉的次數達10億次。

同1995年晶體管中二氧化硅層相比，65nm工藝的晶體管中的二氧化硅層已經縮小到只有前者的十分之一，僅有5個氧原子的厚度了。作為阻隔柵極和下層的絕緣體，二氧化硅層已經不能再進一步縮小了，否則產生的漏電流會讓晶體管無法正常工作，如果提高有效工作的電壓和電流，會使芯片最後的功耗大到驚人的地步。

從65nm開始，我們已經無法讓柵極介電質繼續縮減變薄，而且到45nm，晶體管的尺寸要進一步縮小，源極和漏極也靠得更近了，如果不能解決柵極向下的漏電問題以及源極和漏極之間的漏電問題，新一代處理器的問世可能變得遙遙無期。

採用革命性的英特爾® 酷睿™ 微體系結構，具有劃時代意義的英特爾® 酷睿™2雙核處理器系列可提供超凡的節能高效性能，您可以同時進行多項操作，而不會影響系統速度。 擁有45納米英特爾® 酷睿™2雙核處理器，您將體驗革命性的運算性能、難以置信的系統響應速度以及無以倫比的能效。

無論是執行病毒掃描、運行多個運算密集型程序，還是編輯家庭視頻，處理器都能應對自如，速度不減——擁有如此表現的台式機處理器都採用了英特爾® HD Boost 技術，處理高清存儲（來自高清視頻攝像機）的速度比以前快了70%。

實現最佳的整體性能。毋庸置疑。如果採用最新的注入了金屬鉿集成電路的45納米英特爾® 酷睿™2 雙核處理器，您將體驗到最新的強大性能技術帶來的更佳表現。這些強大的處理器配備了高達 6MB 的共享二級高速緩存，針對台式機和筆記本電腦的前端總線分別高達 1333 MHz 和 800 MHz。 即刻擁有超前的計算性能，一切盡在英特爾：

英特爾® 多路（Wide）動態執行，每時鐘週期可傳遞更多的指令，從而節省執行時間並提高電源使用效率。

英特爾® 智能功效管理，旨在為筆記本電腦提供更高的節能效果及更卓越的電池使用效率。

英特爾® 智能內存訪問，通過優化可用數據帶寬的使用率來提高系統性能。

英特爾® 高級智能高速緩存，提供性能更強效率更高的緩存子系統。專為多核處理器和雙核處理器做了優化。

英特爾® 高級數字多媒體增強技術，擴大應用範圍，包括視頻、語音和圖像、照片處理、加密、金融、工程和科學等應用領域。英特爾® HD Boost 技術使用了全新的SSE4指令集，使45納米製程處理器的多媒體性能得到了更大的提升。

英特爾共發佈了16款Penryn處理器，主要面向服務器和高端PC。這些產品採用了更先進的45納米生產工藝，其中最複雜的一款擁有8.2億個晶體管。英特爾上一代產品主要採用65納米生產工藝，最複雜的一款處理器擁有5.82億個晶體管。隨着生產工藝的不斷提升，英特爾可以在處理器上部署更多晶體管，從而提升處理器性能，並降低生產成本。英特爾表示，其新一代處理器已經不再使用鉛作為原料，預計到2008年將停止使用鹵素。通過這些舉措，英特爾處理器對於環境的危害將大大降低。英特爾新型處理器的一個最大特點是採用了鉿，可以有效地解決電泄漏的問題，使處理器功耗效率提升了30%。隨着晶體管的體積不斷縮小，電泄漏也更加嚴重，導致處理器發熱和功耗過大的問題日益突出。從某種程度上講，電泄漏已經成為阻礙處理器性能進一步提升的瓶頸。

英特爾數字企業集團主管斯蒂芬·史密斯(Stephen Smith)表示，Penryn處理器的最大功耗不會超過120瓦。Penryn筆記本處理器的功耗為25瓦，而當前65納米筆記本處理器的功耗為35瓦。據史密斯稱，Penryn處理器加入了用於加速圖像處理和高清晰視頻編碼的新指令。同上一代產品相比，Penryn處理器的視頻和圖形性能有40%到60%的提升。得益於硬件的增強，虛擬機的性能也提升了75%。

英特爾將於2007年11月開始發售12款新型四核Xeon5400服務器處理器，主頻在2GHz到3.2GHz之間，二級緩存為12MB。12月，英特爾將推出3款雙核Xeon5200服務器處理器，主頻最高為3.4GHz，二級緩存為6MB。此外，英特爾還將推出面向高端遊戲系統的四核Core2 Extreme QX9650處理器。

英特爾新型服務器處理器的售價在177美元到1279美元之間，具體價格取決於型號、主頻、功能等參數，Core2ExtremeQX9650的售價為999美元。英特爾將分階段地推出45納米Penryn處理器。2008年第一季度，英特爾將推出45納米Core2四核和Core2雙核桌面處理器。同一季度，英特爾將推出Core2 Extreme和Core2Duo筆記本處理器。英特爾將於2008年發佈45納米ultramobile PC處理器，但具體時間尚未披露。