去年年底，Intel的第一枚65nm处理器实现批量生产，这成为了处理器制造工艺的一个新里程碑。然而仅仅过了2个月，正当65nm处理器还没有大规模进入市场之时，Intel于近日突然宣布，其已经在45nm工艺上取得“关键性突破”，并声称将于2007年将45nm工艺用于最终的芯片生产。半导体的工艺水平一向被认为是推动处理器芯片的技术、市场、应用发展的一个“杠杆力量”，因此45nm技术的实现意义非凡。在处理器领域，如果以2006年、2006年和2007年作为三个时间点，那么90nm、65nm和45nm无疑代表着“过去”、“现在”和“将来”。

红细胞的1/1000

晶体管密度提升１倍

Intel所称的“45nm工艺研发成功”，实际上指的是一片利用45nm制造工艺的SRAM芯片（静态随机存取芯片）。当然要说明的是，SRAM与最终的处理器芯片之间还有一段距离，而且SRAM也不是Intel的最终产品，但是，SRAM是通向高速逻辑电路达产前的技术、产能、可靠性测试的必经之路，而这里的“高速逻辑电路”正是我们常说的电脑处理器芯片（图1）。因此，45nm工艺的SRAM的问世标志着45nm处理器的问世也进入了倒计时——根据Intel的计划，45nm处理器将最快于2007年下半年开始向市场出货。

从尺寸上来看，45nm宽的晶体管比人类的红血球细胞还要小1000倍（图2）。而与65nm芯片相比，45nm芯片的体积要减小一半、切换电压减少30%、晶体管的密度提高1倍（可以在单位面积上放置数目两倍于以往的晶体管）。毫无疑问，这对于生产高性能、低功耗处理器的意义是决定性的。“我认为，在45nm工艺上，我们相比竞争对手有‘相当’的优势”——在通报关于45nm工艺半导体技术取得重大进步的新闻发布会上，Intel的处理器架构主管Mark Bohr说。

无独有偶的是，一些日本公司也开始了对45nm工艺的关注——近日，Sony、东芝和NEC宣布结成一个三方联盟，将联合开发用于大规模集成电路的45nm工艺系统处理技术。而在这之前的一年里，Sony和东芝、东芝和NEC已经各自组成联盟进行相关技术的开发，因此这次的三方结盟可以被看做是一个资源整合的决定。此外，NEC宣称其已经开发出55nm工艺的CMOS技术，即将于2007年6月完成基于该工艺的逻辑芯片样品，同年10月投入批量生产，硬件载体则为数码相机、手机和网络电视机等新兴消费电子的图形芯片。

图1 Intel展示45nm工艺制程技术

图2 45nm集成电路（栅长20nm）

摩尔定律金枪不倒

制造工艺成Intel杀手锏

65nm工艺产品刚刚问世，45nm工艺产品就锥处囊中，这样的进展速度让人感到有点吃惊，但事实上，这并不是一个意外的结局。2005年以来，摩尔定律曾经一度被认为已经过时，但是如果45nm工艺最终“按时”成熟，则不啻为是摩尔定律继续生效的一个强大佐证——在一年半左右的时间里，半导体晶体管的数目将增长一倍。如果从2005年年末65nm处理器问世算起，到2007年年中45nm处理器问世，这期间正好经历18个月！

除了摩尔定律“有意无意”的影响外，45nm工艺之所以如此迅速地浮出水面，Intel与AMD的竞争也是一个不容忽视的因素。2月份，华尔街的一名证券分析师Rick Whittington声称，AMD将在最近的2年里继续保持对Intel的技术和产品优势，并把AMD股票评级维持为“买入”。但是Rick Whittington也为他的观点设置了一个前提，即Intel不在此期间推出45nm产品——业内普遍认为，在处理器制造工艺上，Intel是“最好”和“最具有领导性的”。因此可以说，Intel之所以要如此快地使45nm产品进入市场，最根本的原因是为了对竞争对手保持技术上的强大压力（图3）。

根据目前的情况看，AMD的65nm处理器要到今年下半年才进入市场。有一个事实可以对此印证——AMD于2月份发布了其即将于6月份开始推出的AM2闪龙（即基于Manila的低端处理器）以及AM2双核/Athlon 64/FX等一系列使用新规格界面的处理器产品的路线图。在制造工艺，所有的这些产品都仍然使用90nm工艺。而作为迎击AM2闪龙的一个手段，Intel宣布将于4月23日推出基于65nm工艺生产的Celeron处理器。除此之外，Intel还有计划于近期推出基于65nm工艺的Celeron-M单核处理器。毫无疑问，65nm将成为2006年Intel对抗AMD的DDR2产品的一个有力武器。Intel已经在65nm产品的竞争中领先了半年多、并尝到了甜头，因此可以说，45nm技术的迅速进展只是一个延续而已（图4）。

图3 在处理器芯片的制造工艺上，Intel始终走在业内前列

图4 摩尔定律仍然有效

32nm提上议事日程

半导体工艺无止境

晶体管更多、同时更为节能——在处理器领域中，这就是65nm工艺取代90nm工艺、45nm工艺取代65nm工艺的最本质意义。对厂家来说，这是追求性能/能耗比的体现，而对于消费者来说，这意味着我们可以拥有更为轻便、更为高效、更为环保的硬件产品，如轻薄笔记本电脑（图5）。

当然，制造工艺的进步体现的意义不只是限于处理器领域。例如，Intel就于2005年年末发布了针对手机芯片的65nm工艺。此外，在内存领域，先进的制造工艺也在发挥着它卓越的功效——1月份，Elpida Memory宣布首次推出采用80nm工艺制造的DDR2 533/667/800芯片（图6）。而2月中旬，三星发布了其最新的GDDR4芯片。新芯片同样使用80nm制造工艺，可以运行在3.20GHz的超高频率上，是目前最快GDDR3的速度的两倍，刷新了三星于2005年10月份创造的2.50GHz的GDDR4记录。与此同时，三星也已经掌握了采用70nm制造工艺DDR2内存芯片的技术。据悉，70nm工艺可以帮助内存制造商在相同面积的晶圆上切割出比使用90nm工艺时2倍的芯片数量，从而降低生产成本。根据计划，三星将于2006年下半年开始采用70nm工艺生产512M、1G和2G的存储产品。

而更为甚者的是，半导体32nm工艺的研制也已经提上了议事日程。

1月中旬，IBM、Sony和东芝达成了一个新的五年合作协议，新协议的有效期将截止到2010年的12月。根据协议规定，三家公司将联合展开32nm半导体工艺的技术攻关，并试图将相关技术成果应用到电视机、音响设备、高性能游戏机等个人消费终端以及医学领域中。而在这之前，三家公司已经投入了4亿美元进行第一阶段的合作，其中的重要成果就是Cell处理器芯片，但那涉及的半导体工艺只是90nm和65nm。而之前有报道称，东芝已经利用32nm研制出了晶体管产品。此外，Intel也已经发布了它的32nm研制计划，其最终目标是在2009年在处理器的生产中使用这种工艺。

图5 先进的处理器制造工艺意味着最终产品的轻便、节能

图6 Elpida采用80nm制造工艺的DDR2芯片

写在最后

关于半导体的工艺水平，一直以来有一个疑问在困惑着人们，即芯片的更小型化是否会达到物理极限？某种程度上，人们对于摩尔定律提出质疑，也正是出自于这个顾虑。当然，这个问题的最终答案是不言而喻的——半导体的物理体积一定会有被定格的那一天，但是事实表明，随着技术的不断发展，物理芯片的体积极限本身会不断被打破。

“它（芯片体积的减小）会以我们‘不曾习惯’的方式发展下去”，在谈到45nm芯片的即将问世时，Mark Bohr这样说道。而目前，有一种观点认为，硅材料半导体的工艺水平将最终停留在16nm。然而事实上，与其探究什么样的尺寸将难以被逾越，不如去研究怎样不断打破尺寸极限的方法。实际上，根据大量文献资料的相关报道，制造45nm处理器的几个关键技术已经顺利过渡，而现在只是对32nm工艺的一些技术细节的实现存在分歧。因此，起码在未来的5年里，处理器制造工艺的进步仍将不可阻挡！