45纳米扑面而来竞争态势微妙转变

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（记者 陈斌）不断打破新的性能记录，不断挑战摩尔定律极限，这是人们对半导体工艺变化的最直接感受。而最新的45纳米工艺的到来，还带给人们对未来芯片市场格局变化的更多遐想。

11月16日，英特尔在北京召开盛大的会，一口气推出了16款研发代号为Penryn的新型处理器。这也是世界上首批采用45纳米工艺的处理器。

尽管5天前Penryn处理器已经在美国，但丝毫没有影响到北京会的热度。特意从美国远道而来的英特尔高级副总裁、数字企业事业部总经理帕特.基辛格表示:“Penryn使英特尔继续保持领先的地位”。

向45纳米时代迈进

新的处理器中，除了一款是面向游戏和媒体发烧友的四核至尊版桌面处理器，其余15款均是面向服务器的双核和四核至强处理器。到明年第一季度，英特尔还将推出面向台式机和笔记本电脑平台的Penry处理器。届时，其线下产品将全面进入45纳米时代。

据英特尔官方宣称，第一批45纳米芯片于今年1月在美国俄勒冈州的英特尔D1D研发工厂制造，而英特尔位于亚利桑那州的Fab 32工厂成为了全球第一家大批量生产45纳米芯片的工厂。到明年，英特尔位于新墨西哥州和以色列的另两家工厂也将陆续投入45纳米产品的生产。

基辛格还乐观地预测:“到明年年中，英特尔45纳米处理器的发货量就会与65纳米产品持平。”

此外，新工艺处理器的封装完全弃用了铅元素，并在明年全面采用无卤化材料，从而实现处理器的环保生产。这在当今席卷全球的“绿色计算”浪潮中，也算是一项45纳米工艺的“副产品”。

与90纳米和65纳米工艺诞生时的相对低调不同，英特尔这回狠狠地拿45纳米工艺做了一次文章，并搬出了摩尔定律的发现者戈登•摩尔来现身说法: “高-k和金属栅极材料的使用，标志着自20世纪60年代末多晶硅栅极MOS晶体管推出以来，晶体管技术领域最重大的变革。”

摩尔和英特尔的兴奋不是没有道理的。在会现场，基辛格坦陈: “一年前还不知道这个事情是否能做到。”

随着硅半导体工艺逐渐接近其物理极限，要面对的挑战也越来越大。在45纳米工艺之前，业界普遍用二氧化硅做栅极介电质。但日益变薄的氧化硅层已经无法阻止漏电流的肆虐，而漏电流是导致处理器功耗增长和不稳定的罪魁祸首。在英特尔之前的65纳米制程中，栅介质的厚度仅相当于5个原子层。45纳米工艺还要进一步减小栅介质的厚度，氧化硅已经无能为力。

要想进一步降低漏电流，就要采用k值（即材料保有电荷的能力）更高和更厚的材料。由于高－k栅介质与当今的硅栅电极不兼容，因此栅极材料也需要更换。

英特尔的工程师找到了铪。用含铪高-k材料和金属栅极配合，可以制造出更稳定和快速的晶体管。对此，基辛格表示:“新的45纳米工艺晶体管开关速度提高了20%，切换功率降低30%，栅极氧化层漏电率降低10倍。英特尔把半导体技术带向了未来。”

工艺的提升带来了两方面的影响: 功耗的降低和更多运算资源，最终的结果是从总体上提高了处理器的性能功耗比。在新处理器的性能提升中，芯片面积从143mm2减少到107mm2，前端总线频率达到了1600MHz，每个内核的缓存从2MB增加到3MB，而TDP功耗保持不变，性能功耗比提升了38%，这些都得益于45纳米工艺上的进步。

芯片升级模式变化

伴随Penryn处理器落地的，是英特尔新的Tick-Tock芯片升级模式。每一“tick”代表芯片压缩频率（beat rate），并对应着一个“tock”，即新的处理器微体系架构。这样，英特尔在奇数年会推出采用更小、更先进制程的处理器，微处理器架构保持相对稳定，偶数年则推出新的微处理器架构。在这种模式下，明年将升级酷睿微架构到新的Nehalem微架构，2009年则是32纳米制程Nehalem内核的Westmere处理器，2010年Gesher微架构将再次刷新Nehalem架构。

英特尔采用这种策略的原因是多方面的。一方面，随着多核技术的推进，处理器架构设计面临着重大转变，核的架构、缓存和核间通信设计等方面面临着很多变数，处理器在采用大量新技术的同时还要保持与之前应用的兼容和高性能，设计难度加大，不可能一步到位，必然是一个逐步转变的过程; 另一方面，芯片制造工艺进入45纳米以后，技术难度加大，工艺上的集成变得非常重要，小小的疏忽都有可能造成产品的失控而导致失败。让处理器架构和工艺交叉升级，总能保证微架构和工艺两者中有一个是比较成熟的，一旦出现问题容易定位，解决了架构和工艺匹配的问题。

微妙的竞争态势

对于大多数人熟悉的PC处理器来讲，45纳米工艺能够在保持功耗基本不变的基础上大幅提升处理器性能，但获益更大的却可能是在整合型处理器产品方面。面向超移动和消费电子SoC产品是新工艺最大的用武之地。前者不过是好上加好，或者则有能与不能的区别。

英特尔之前曾经表示2008年将推出的超移动Menlow平台处理器Silverthorne，将实现当前产品的1/10功耗，Silverthorne是一款45纳米工艺的低功耗处理器，热设计功耗仅为0.5W。而在今年秋季IDF上透露的手机类MID平台Mooretown功耗甚至仅为Menlow的1/10，其处理器是一款45纳米工艺的SoC产品。

芯片巨人新的雄心是将X86芯片延伸到每一个需要处理器的地方，以此来填补工艺技术升级带来的巨大投资支出。英特尔目前还有面向工业和消费电子领域推出独立SoC产品的计划，而45纳米工艺正是这些低功耗产品最佳的表现舞台，在英特尔的整体布局中占有重要的地位。

单独建造一座45纳米工艺的工厂耗资在30亿美元左右，这对任何一个芯片厂商来讲都不是一个小的负担，工艺复杂性和技术风险就更不用提。半导体工艺升级的技术和成本压力已经让越来越多的芯片公司转向了无厂（Fabless）或者轻工厂（Fit-Fab）模式。

而未来的先进工艺将越来越向少数几个技术先进的芯片制造厂商集中。如果顺利，明年IBM和台积电也将紧随英特尔进入45纳米工艺量产。

英特尔45纳米工艺的投产可能给竞争对手以更大的竞争压力。由于45纳米比65纳米工艺节省了25%的芯片面积，在成本方面也有明显的优势。一场残酷的价格战或许就要打响。