拿什么拯救摩尔定律 再谈3D晶体管技术

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摩尔定律如何延续？

摩尔定律：

    摩尔定律是由英特尔（Intel）创始人之一戈登·摩尔（Gordon Moore）提出来的。摩尔定律内容为：当价格不变时，集成电路上可容纳的晶体管数目，约每隔18个月便会增加一倍，性能也将提升一倍。换言之，每一美元所能买到的电脑性能，将每隔18个月翻两倍以上。这一定律揭示了信息技术进步的速度。

                                                                       ——《百度百科》

摩尔定律有三个版本：

1、集成电路芯片上所集成的电路的数目，每隔18个月就翻一番。
2、微处理器的性能每隔18个月提高一倍，而价格下降一倍。
3、用一个美元所能买到的电脑性能，每隔18个月翻两番。

    Intel已经摸索摩尔定律走了40年，电路板已经可以集成一个可容纳数亿的晶体管。人类已经无法阻止微型世界的发展了，但这Intel也同样遇到了瓶颈。18个月增长1倍的“升级速度”让Intel也开始感觉压力。

    微处理世界的科技研发掌握在Intel、AMD、台积电等几大厂商中，大家都根据自己的技术研发着各自的产品。很多企业开始走研发新材料的路线，想办法引进更优的材料来优化晶体管提高性能。但Intel公司选择了创新晶体管设计思路，改革了晶体管的设计结构，让其可以3D话。

    半导体晶体管发展到2023年可以到4纳米至6纳米的工艺制程，这已经是极限了。10年后的CPU将会无法延续摩尔定律吗？

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上帝关上一道门 他又打开了一扇窗

上帝关上一道门 他又打开了一扇窗

   Intel最近让摩尔定律再次突破了技术和生命的极限，2011年5月，一个让世界震感的发布会。Intel宣布其将要推出三栅极（Tri-Gate）的“革命性”3-D晶体管设计。此次发布会表明Intel这项技术已经成熟并计划投放市场（Ivy Bridge）22纳米Intel芯片中。

    Intel研发速度已经不亚于中国的高铁，按照计划2011年Q4季度，就会发布28纳米的SNB-E平台芯片，在2012年Q2会发布22纳米的Intel。这些都标志着近5年的瓶颈即将打破，在多核时代后Intel追求的是低能耗高性能，毕竟诸如苹果公司这样的便携电子产品和众多笔电厂商纷纷要求Intel优化功耗、降低成本、提高产品待机时间。

    3-D晶体管的设计让这一切都迎刃而解，面对小尺寸设备，物理定律已经成为了晶体管技术的障碍。3-D晶体管究竟是何方神圣？下面笔者将详细讲解。

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解读3-D三栅极 庖丁解毛篇

解读3-D三栅极 庖丁解毛篇

    在解读3-D三栅极晶体管时，笔者先讲下晶体管。晶体管就是微型电子开关，它们是构建CPU的基石，你可以把一个晶体管当作一个电灯开关，它们有个操作位，分别代表两种状态:ON(开)和OFF(关)。这一开一关就相当于晶体管的连通与断开，而这两种状态正好与二进制中的基础状态“0”和“1”对应。晶体管“开关”频率配合CPU的主频，计算机就具备了处理信息的能力。

2-D 平面结构晶体管

    传统的晶体管架构（2-D 平面结构）已经在微电子学使用了将近35年：经典的晶体管包括1个可以控制的电极和在它下面的电流顺序通过的另外两个电极。就这样，晶体管架构呈现出一种二维的状态。

    Intel利用高k门电介质和DST技术，使英特尔生产Terahertz晶体管成为可能，可以生产出大小为32纳米(晶体管门宽为15纳米)，工作电压为0.75V电压和频率为1THz(1000GHz)的晶体管。2011年Intel推出的二代智能、核芯显卡系列32纳米酷睿处理器，就是采用了高k门电介质和DST技术。

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3-D三栅极究竟是啥 编辑解答

    Intel还在研发新工艺制程和新晶体管架构，Intel发现了2-D的瓶颈，于是决定多管齐下全方向减小栅极的漏电、降低处理器功耗，提高处理器性能。

    科学家研发出来3-D结构时非常兴奋，这让摩尔定律可以继续延续。相对于2-D平面栅极结构晶体管来说，三栅极晶体管是根据栅极具有三面而命名的。平面栅极变成了立体栅极，其意义与CPU的单核心迈向双核心有过之而无不及。

    如上图所示，电流控制是通过鳍状物三面的每个（栅极）通道，这样设计可以保证提供更多的电流控制通道，可以使晶体管在开启状态下通过更多的电流，在关闭的状态下尽可能让电流接近于零。这两点具有的意义是实现处理器高性能，同时低能耗。

    从能耗的角度来看，22纳米晶体管可以在1秒内开关1000亿次，而一个人开关这么多次差不多需要2000年时间，真可谓是“千年等一回”啊。Intel的3-D三栅极晶体管对比2-D平面栅极晶体管，前者可以使芯片能够在更低的电压下运行，同时减少漏电量。

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三栅极晶体管 拯救了摩尔定律

    Intel官方给出的测试数据表明，22纳米三栅极设计对比32纳米平面栅极设计来说，22纳米处理器在低电压下性能可以提高37%。以上数据说明，22纳米三栅极设计可以大面积应用到手持移动设备之中。用较少的电能进行晶体管的“开关”，3-D三栅极的设计巧妙的提高了处理器运行的效率。

    处理器功耗降低，可以大大延长移动设备（平板电脑、笔记本电脑等）设备的待机时间。三栅极晶体管设计将来会被Intel广泛应用到服务器、台式机、笔记本电脑、嵌入式设备、平板电脑和智能手机中，在性能的硬性指标逐渐被低功耗的光芒所笼罩时，Intel的新技术能否打破X86的功耗劣势、新技术能否击败ARM架构在智能手机和平板电脑上的优势，等等这些都需要时间去检验。

    摩尔定律是曾经的计算机原始时代所提出的，直到今天还是雷打不通，并且得到了各大厂商新产品和新技术的验证。“路漫漫其修远兮，吾将上下而求索。”只能说科技这把通往未来的钥匙难以猜测其对与错，探索的道路本身就是无穷无尽的。