45nm技术解析 高-K介质+金属栅极

●　高-K介质+金属栅极 英特尔45纳米技术解析

　　前文提到，整个2008年的前三个季度，英特尔都在努力促成45纳米制程的普及。纵然我们在之前曾经对英特尔的45纳米技术进行过无数次的介绍，但真正对45纳米技术有深刻认识的网友恐怕并不多，因此今天我们再一次对45纳米技术进行简单的回顾和介绍。

　　什么是45纳米技术？纳米（nanometer）是十亿分之一米，而纳米技术也就是在纳米尺度(0.1nm到100nm之间)的研究物质的相互作用和运动规律，以及在实际应用中利用这些规律的多学科的科学和技术。对处理器上的纳米技术而言，越来越小的纳米工艺数值从一个侧面推动了信息产业这几十年爆炸式的增长，纳米工艺的数字表示处理器内部晶体管之间连线宽度，45纳米技术则是当前CPU制造工艺的空前高度。

英特尔在37年时间里将制造技术从10微米提升到了45纳米

　　从1971年到2008年的这37年时间里，英特尔完成了从10微米到45纳米技术的发展，而对应制程技术的晶体管也一直呈几何式增长。最早的英特尔4004、8008仅拥有2300-3500个晶体管，今天的45纳米酷睿2双核处理器则具备了4亿1000万个晶体管！

　　早期的英特尔处理器研发过程基本一帆风顺，在提升制程的同时在晶片内部融入更多的晶体管，但到2006年65纳米工艺后，制程技术的突破难度就遇到了极大困难，65纳米工艺技术挖掘了CPU最后的潜力，晶体管之间的绝缘层已经只有5个硅原子的厚度，用硅材料制造CPU在65纳米制程走到了尽头，为此英特尔工程师经过无数试验，终于找到了新的材质——铪元素。

英特尔高-K栅介质和金属栅极管的配合实现了45纳米的奇迹

　　利用铪元素为基础打造的高-K栅介质对电子泄露的阻隔效果可以达到传统二氧化硅的10倍，因而有效地解决了CPU晶体管之间的漏电现象。为了配合高-K栅介质的使用，英特尔又特别开发了一种特殊的金属栅极晶体管，解决了高-K电阻较大造成的延迟周期的问题。高-K栅介质与金属栅极管的引入使得晶体管漏电率较之传统材料降低10倍以上，与65纳米制程相比能够在相同的能耗下提升20%的时钟频率或在同一时钟频率下拥有更低的能耗，因此迅速得到开发应用，45纳米技术由此而生，并在英特尔的推动下，利用短短一年时间完成普及。

　　不仅如此，英特尔还特意针对45纳米制程的酷睿2处理器进行了小幅度改进，除了加入针对多媒体大幅度优化的SSE4.1指令集，最大提升70%多媒体处理性能外，还改良了除法器设计（Fast Radix-16 Divider快速Radix-16除法器），在科学运算、三维坐标转换以及一些密集型数学运算中可以获得大约1倍的除法运算速度提升，使得每时钟周期能够计算出4位的商值，与基数为4的算法在每时钟周期只能算出2位商值相比有了翻倍的性能提升。

　　正是因为从制造工艺、架构上进行全方位的改进，英特尔45纳米处理器相对于65纳米产品不仅能够最大提升70%效能，而且功耗直接下降10%-20%，成为2008年最值得选购的处理器产品。