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3D晶體管

3D晶體管

3D晶體管的技術介紹

  •   如下圖。傳統“平面的”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的(兩側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”的狀態下讓盡可能多的電流通過(高性能),而在“關”的狀態下盡可能讓電流接近零(即減少漏電,低能耗),同時還能在兩種狀態之間迅速切換,進一步實現更高性能。

    3D晶體管的技術介紹

      就像摩天大樓通過向天空發展而使得城市規劃者優化可用空間一樣,英特爾的3-D三柵極晶體管結構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和經濟效益的關鍵點所在。未來,設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。

3D晶體管的結構與性能

  •   其實早在2002年Intel即發現了這一技術,一直處于試驗演示階段,現在終于把它變成了現實,Intel打算把它融入到22nm的“Ivy Bridge”芯片,Ivy Bridge晶體管的數量將達到10億。

      3D Tri-Gate晶體管架構能夠有效提高單位面積內的晶體管數量,使得非常適合輕薄著稱的移動設備, Tri-Gate晶體管機構技術的實現,使得單位面積內的晶體管數量得到極大的提高,以往芯片受限于面積限制而無法設計更高性能的產品將不會存在了。

      3D Tri-Gate使用一個薄得不可思議的三維硅鰭片取代了傳統二維晶體管上的平面柵極,形象地說就是從硅基底上站了起來。硅鰭片的三個面都安排了一個柵極,其中兩側各一個、頂面一個,用于輔助電流控制,而2-D二維晶體管只在頂部有一個。由于這些硅鰭片都是垂直的,晶體管可以更加緊密地靠在一起,從而大大提高晶體管密度。這種設計可以在晶體管開啟狀態(高性能負載)時通過盡可能多的電流,同時在晶體管關閉狀態(節能)將電流降至幾乎為零,而且能在兩種狀態之間極速切換。Intel還計劃今后繼續提高硅鰭片的高度,從而獲得更高的性能和效率。

      全新的3D Tri-Gate能夠提供同等性能的同時,功耗降低一半。新的接口極大的減少了漏電率。閾值電壓可以得到極大的降低。晶體管工作在更低的電壓下,功耗也會得到顯著下降,而我們關心的處理器的工作頻率也會得到相應的提高。相比現在的32nm制程,處理器電壓可降低0.2V。即使在同等電壓下,新的22nm 3D Tri-Gate晶體管架構性能也可提升37%。

3D晶體管的作用

  •   3D晶體管最重要的作用,其實可以歸結為兩點:一是CPU低電壓的性能大幅度提升,Intel公布的數據是比現有32nm晶體管提升37%;二是跟32nm相同性能的晶體管相比,耗電量只需要一半。

      同時,3D晶體管還對控制成本方面非常有利,Intel公布3D晶體管的制造成本僅提升2%~3%。

3D晶體管的產業影響

  •   產業影響1:摩爾定律得到延續

      平面晶體管數量的提升只能純粹的依靠新的工藝,3D Tri-Gate技術的引入,晶體管數量提升就變得非常容易了,摩爾定律將會依舊成立。

      從Intel這份路線圖上面我們可以看到不僅僅是22nm,更新的14nm,10nm技術也在不久的未來推出。

      之前單鰭片晶體管、多鰭片晶體管、三柵極SRAM單元、三柵極后柵極(RMG)終于擺脫實驗,步入了真實軌道, Intel可將這一技術用于大批量的微處理器芯片生產流水線,有效提高產品質量和降低成本。“晶體管將變得更小、更便宜也更加高效”,摩爾定律也有望迎來新的發展篇章。

      產業影響2:對ARM形成強有力的挑戰

      采用3D晶體管的英特爾芯片可能會給ARM構成威脅,畢竟ARM是現任移動市場的老大。英特爾推出下一代芯片技術,在微處理器裝上更多的晶體管,并希望借此幫助公司掌握平板、智能手機市場的話語權。按照英特爾的計劃,2011年底將推出采用新技術的芯片,提供給服務器和臺式機、筆記本,它還會為移動設備開發新的處理器。

      受新技術發布消息刺激,ARM的股價今天大跌7.3%,在倫敦收于5.58英磅。

      Matrix分析師阿德里安(Adrien Bommelaer)認為,英特爾是否能迅速闖進ARM的后院,這還沒有定論。他說:“英特爾顯然想跳出核心PC市場的范圍。關鍵問題是‘它們能推出一款處理器,足夠強大,可以在移動計算領域一爭高下嗎?’”“它們將推出新的芯片,比上一代32納米芯片節能50%,朝正確方向前進了一大步,但是否足夠?我不知道。要知道ARM自己的能效也在進步。”

      據英特爾說22納米的芯片性能比現在的32納米芯片更高。為了擴大制程技術的優勢,趕上移動競賽,上個月英特爾將2011年資本開支提高到102億美元,原定數額為90億美元,目的是落實12納米制程的開發。

      在制程工藝上,英特爾大大領先于其它芯片商,它可以制造更快更高效的處理器。

      自20世紀60年代以來,英特爾和其它半導體企業投入數十億美元搞研發,每兩年讓芯片上的晶體管數量翻倍,從而方便產品進入到更小更快的小電子產品中。隨著時間的推進,開發和使用先進制程技術成本過高,許多企業無法負擔。但分析師說,英特爾資金雄厚,能持續推進制程發展。

      花旗集團分析師揚(Glen Yeung)對英特爾的新技術表示贊揚,將目標價提高到了27美元,建議買入英特爾股票。他認為英特爾在芯片制造上有3-4年優勢,當芯片閑置時,3D晶體管可以減少電流泄露,當芯片繁忙時它能運行在更低的電壓下。

提問者:tracy87 地點:- 瀏覽次數:12383 提問時間:05-25 05:27
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