45纳米制程的微观英雄对话芯片巨头英特尔

2006到2007的年度跨越对芯片制造业来说意义非凡，因为在这个新旧更替的时期，诸多英特尔的科技“助产士”怀着无比激动的心情迎接了一个“婴儿”的诞生，这个芯片领域的英雄之后――45纳米制程技术芯片，在万众瞩目之下开始展现它异乎寻常的生命力。与它的兄长65纳米工艺的产品相比，它的晶体管开关切换速度提高了20%，开关电压降低了30%，漏电量减少了5倍，将具有更好的节能效果和更高的性能！

高性能、低功耗，精彩尽在微小间

一纳米等于十亿分之一米，45纳米只有DNA和蛋白质一半的大小。在这方寸之间玩出的花样，对芯片制造技术甚至计算机应用来说，究竟意味着什么呢？英特尔资深技术专家赵军在接受本刊专访时，向记者详细地介绍了英特尔公司的45纳米制程技术。

“所谓的45纳米制程（或称为制造工艺）中的45纳米是指集成电路中晶体管之间连线的宽度。半导体的工艺进步主要就体现在晶体管尺度的不断缩小和线宽的不断缩短上。线宽越小，芯片的集成度就越高，同样面积的芯片内可以容纳下的晶体管数目就越多；与之对应，晶体管自身的尺寸也相应地缩小。”那么，这种改变究竟可以带来哪些实质性的好处呢？

赵军解释道：“45纳米制程技术最直接的好处就是可以让芯片的集成度大大增加。举个例子，我们知道对CPU而言，为了获得更高的性能，除了不断开发创新的微体系架构外，便要增加更多运算单元或运算内核以及增大高速缓存单元。而目前CPU的内核运行在数GHz的高频率上，为了匹配这样高速的内核，只能使用SRAM（静态随机存储器）类型的存储逻辑作为一级和二级高速缓存。和用作系统内存的DRAM（动态随机存储器）相比，SRAM的每一个比特位(bit)需要占用6个晶体管，那么1MByte(1Byte=8bit)容量的二级缓存就需要占用超过5000万个晶体管，这是一个相当惊人的数字。不仅如此，随着计算机需要的缓存容量日益增大，晶体管的数目还将成倍增长，如果业界不引入新的技术，CPU芯片的尺寸将变得越来越大，无论对制造成本、散热还是提高运行速度都相当不利。”

“45纳米制程技术使储存容量增大了。如今，45纳米工艺给我们带来的是0.346平方微米的SRAM记忆胞面积（65纳米时为0.62平方微米），超过10亿个晶体管的数量和153Mbit的SRAM容量。”赵军欣喜地说道：“除此之外，对半导体芯片来说，新工艺往往可以带来运算性能和电气性能双方面的改进。一个非常简单的事实就是，同样的半导体芯片，若用先进工艺制造往往可以带来功耗的明显降低，而运行性能可以继续向上提升一个等级，可以把更多更复杂的功能部件集成到更小的芯片面积内。另一方面，低功耗可以让PC更节能，对散热设计不会带来什么压力，安静、低噪音运行可以得到充分保障。”

45纳米制程，针尖上的舞蹈

芯片巨头英特尔为这个即将于2007年下半年投入生产的处理器新生儿取了个代号――Penryn，它将秉承45纳米制程技术的优良血脉，将处理器家族扩展到服务器、台式机、优化版的笔记本以及备受关注的第二代四核处理器领域，让0与1在“针尖”上跳出更炫目的舞蹈。

Penryn处理器比起Core架构有更多的改进，预期2007年年中，高阶处理器频率将大幅提升至3.0GHz以上。此外，整合了新的SSE4指令的Penryn将在游戏、视频编码、3D图片、Web服务等性能上较目前处理器有一定提高。

赵军说：“SSE4指令集会在将来的Penryn处理器中推出，它将更注重针对视频方面的优化，为Clear Video高清视频技术（支持高级解码、拥有预处理和增强型3D处理能力）及UDI接口规范提供强有力的支持。SSE4指令集能够有效带来系统性能上的提升，这将使其更利于多媒体应用。”在其他方面，据赵军介绍，由于基于45纳米制程技术的Penryn处理器具有超乎以往的计算性能，也使得像笔记本电脑这样的移动设备的性能大大增强，从另一角度说，相当于以前需要很大体积的电脑才能完成的计算，现在通过轻薄的笔记本就能实现了，这也使诸如在本地PC上进行海量信息的快速搜索等大计算量任务变得轻而易举。

马不停蹄的摩尔定律

从1999年的180纳米到2001年的130纳米，到2003年的90纳米，再到2005年的65纳米，如今摩尔定律又马不停蹄地奔向2007年的45纳米制程，延续着它“每隔24个月，芯片中的晶体管数量将翻番，性能也将提升一倍”的神话般的预言。然而也有人质疑终有一天，晶体管的缩小到达极限，摩尔定律也将在那天失去效力。赵军告诉记者：“那将是很久之后的事情，在可以预见的10多年中，英特尔仍将奉行摩尔定律，帮助人们实现设备的更快计算，更小体积和更低廉成本。而我们也相信，在那之后，技术领先业内其他对手一年的英特尔还会找到适合的材料，继续实现人类的梦想。”