自50多年前硅晶體管、半導(dǎo)體集成電路發(fā)明以來，3-D結(jié)構(gòu)晶體管首次投入批量生產(chǎn),這是2011年5月4日英特爾公司在總部位于美國(guó)加州圣克拉拉今天宣布的重大突破。這標(biāo)志著,今后采用3D技術(shù)的CPU耗電量會(huì)減少一半。稱為三柵極（Tri-Gate）的革命性3-D晶體管設(shè)計(jì)（英特爾曾在2002年首次披露），并于今年底投入批量投產(chǎn)研發(fā)代號(hào)IvyBridge的22納米英特爾芯片。
其實(shí),英特爾公司在2003年CEO貝瑞特訪問中國(guó)在回答記者關(guān)于摩爾定律沒有考慮功耗的增長(zhǎng)問題時(shí),就向記者透露過關(guān)于3維門技術(shù)的研發(fā)情況,在2008年記者去英特總部采訪時(shí)也追問過貝瑞特相關(guān)進(jìn)展,得到的是“3-5年內(nèi)實(shí)現(xiàn)”,8年后的今天發(fā)布的這款3-D三柵極晶體管代表著從2-D平面晶體管結(jié)構(gòu)的根本性轉(zhuǎn)變。
目前所使用的所有半導(dǎo)體晶體管集成電路都是2D的,即半導(dǎo)體晶體只生在平面內(nèi),而3D晶體管卻生長(zhǎng)上3維中,不僅集成度提高,而且可以減少50%以上的漏電流,這樣,在理論上所有半導(dǎo)體芯片今后可以減少一半的功耗。
英特爾公司總裁兼首席執(zhí)行官歐德寧（PaulOtellini）表示：“英特爾的科學(xué)家和工程師通過采用3-D結(jié)構(gòu)，再一次實(shí)現(xiàn)了晶體管的革命。隨著我們把摩爾定律推進(jìn)到新的領(lǐng)域，3-D結(jié)構(gòu)將幫助我們打造令人驚嘆且能改變世界的設(shè)備。”
與之前的32納米平面晶體管相比，22納米3-D三柵極晶體管在低電壓下將性能提高了37%,而且只需消耗不到一半的電量，就能達(dá)到與32納米芯片中2-D平面晶體管一樣的性能。
背景：
晶體管十大里程碑
1、1947年12月16日：WilliamShockley、JohnBardeen和WalterBrattain在貝爾實(shí)驗(yàn)室成功開發(fā)出首個(gè)晶體管。
2、1950年：WilliamShockley開發(fā)出雙極結(jié)型晶體管，就是現(xiàn)在通行的標(biāo)準(zhǔn)晶體管。1954年10月18日：首款晶體管收音機(jī)RegencyTR1上市，這種收音機(jī)里面只包含四個(gè)鍺晶體管。
3、1961年4月25日：羅伯特·諾伊斯獲得首個(gè)集成電路專利。最初的晶體管對(duì)于收音機(jī)和電話而言已經(jīng)足夠了，但是更新的電子設(shè)備要求規(guī)格更小的晶體管——集成電路。
4、1965年：摩爾定律誕生——戈登·摩爾在《電子雜志》發(fā)表的文章中預(yù)測(cè)：未來芯片上晶體管的數(shù)量大約每年翻一倍（10年后，修正為每?jī)赡攴槐叮Ｈ旰螅柡椭Z伊斯創(chuàng)建了英特爾公司，英文名Intel即“集成電子（integratedelectronics）”的縮寫。
5、1969年：英特爾開發(fā)出首個(gè)成功的PMOS硅柵極晶體管技術(shù)。這些晶體管繼續(xù)使用傳統(tǒng)的二氧化硅（SiO2）柵介質(zhì)，但是引入了新的多晶硅柵電極。
6、1971年：英特爾推出首個(gè)微處理器——4004。4004的規(guī)格為1/8英寸×1/16英寸，包含2250個(gè)晶體管，采用英特爾10微米PMOS技術(shù)在2英寸晶圓上生產(chǎn)。
7、1985年：英特爾386™微處理器問世，含有275,000個(gè)晶體管，是最初4004晶體管數(shù)量的100多倍。386是32位芯片，具備多任務(wù)處理能力，可同時(shí)運(yùn)行多個(gè)程序。最初是使用1.5微米CMOS技術(shù)制造的。
8、2002年8月13日：英特爾發(fā)布了90納米制程技術(shù)的若干技術(shù)突破，包括高性能、低功耗晶體管，應(yīng)變硅，高速銅質(zhì)接頭和新型低-k介質(zhì)材料。這是業(yè)內(nèi)首次在生產(chǎn)工藝中采用應(yīng)變硅。
9、2007年9月：英特爾公布采用突破性的晶體管材料——高-k金屬柵極。英特爾將采用這些材料在公司下一代處理器——英特爾®酷睿™2雙核、英特爾酷睿2四核處理器以及英特爾至強(qiáng)®系列多核處理器的數(shù)以億計(jì)的45納米晶體管中用來構(gòu)建絕緣“墻”和開關(guān)“門”，研發(fā)代號(hào)為Penryn。
10、2011年5月3日——英特爾宣布將批量生產(chǎn)一種全新的晶體管設(shè)計(jì)。三柵極晶體管將在各種計(jì)算設(shè)備中（從服務(wù)器到臺(tái)式機(jī)，從筆記本電腦到手持式設(shè)備）實(shí)現(xiàn)前所未有的高性能和能效。
背景：
22納米到底如何小而強(qiáng)
最早由貝爾實(shí)驗(yàn)室在1947年開發(fā)的晶體管非常大，以至于可用手直接進(jìn)行組裝。與之形成強(qiáng)烈對(duì)比的是，一個(gè)針頭上就可以容納超過1億個(gè)22納米三柵極晶體管。本文一個(gè)英文句點(diǎn)符號(hào)上可以容納超過600萬個(gè)22納米三柵極晶體管。
22納米三柵極晶體管的柵極非常小，人的一根頭發(fā)的寬度就能容納超過4000個(gè)柵極。果果一幢普通房子按照晶體管的發(fā)展速度持續(xù)縮小，那么它已經(jīng)小到你只有通過顯微鏡才能看到它。要想用肉眼看到22納米的晶體管，你必須把一塊芯片放大到比房子還大。與英特爾1971年推出的首款4004微處理器相比，22納米CPU的運(yùn)行速度提高了4000多倍，而每個(gè)晶體管的能耗則降低了5000倍。每個(gè)晶體管的價(jià)格降低到原來的1/50000。
一個(gè)22納米晶體管可在1秒鐘之內(nèi)開關(guān)1000億次。一個(gè)人開關(guān)這么多次電燈，差不多需要花2000年時(shí)間。
設(shè)計(jì)三柵極晶體管是一回事，投入批量生產(chǎn)又是另一回事。英特爾工廠每秒鐘生產(chǎn)超過50億個(gè)晶體管，每年就是150,000,000,000,000,000個(gè)。這相當(dāng)于全世界所有男人、女人和兒童都有超過2000萬個(gè)晶體管。
編后:每個(gè)人要這么多晶體管干什么?
