摩爾定律的下一步：英特爾將推出新一代10納米芯片

陳軼翔/編譯

摩爾定律的下一步：英特爾將推出新一代10納米芯片

陳軼翔/編譯

●2017年，英特爾公司將利用其制造業(yè)優(yōu)勢(shì)研發(fā)新一代芯片。

目前看來(lái)，對(duì)于摩爾定律的未來(lái)發(fā)展，人們普遍持悲觀態(tài)度。但英特爾公司對(duì)于摩爾定律的前景，至少在未來(lái)幾年內(nèi)，則持絕對(duì)的樂(lè)觀態(tài)度。

在2017年，英特爾公司將推出第一批利用新型、10納米芯片制造技術(shù)生產(chǎn)的處理器。英特爾透露，與之前的相比，以此種方式生產(chǎn)出的晶體管成本較低，延續(xù)了幾十年來(lái)摩爾定律的核心趨勢(shì)，同時(shí)也駁斥了一種普遍的說(shuō)法——晶體管生產(chǎn)成本已降到了最低點(diǎn)，無(wú)進(jìn)一步降低的空間。在未來(lái)幾年，英特爾計(jì)劃進(jìn)一步改進(jìn)這些晶體管的設(shè)計(jì)。而且，公司將首次對(duì)生產(chǎn)技術(shù)進(jìn)行優(yōu)化，以適應(yīng)想要使用英特爾設(shè)施生產(chǎn)基于ARM架構(gòu)芯片的公司，而ARM架構(gòu)幾乎普遍存在于現(xiàn)代移動(dòng)處理器中。雖然情況并非總是如此，但關(guān)于英特爾新一代芯片的名稱(chēng)，以及聯(lián)結(jié)芯片上某一特定功能維度的節(jié)點(diǎn)，目前均鮮有所聞。英特爾的高級(jí)研究員馬克·波爾（Mark Bohr）透露，與目前英特爾的14納米芯片技術(shù)以及其他公司的10納米芯片技術(shù)相比，英特爾的10納米芯片的晶體管的密度將更高。關(guān)于新一代芯片的尺寸，目前英特爾尚未有詳細(xì)數(shù)據(jù)公布。但晶體管閘極（負(fù)責(zé)開(kāi)關(guān)）的長(zhǎng)度和閘極的間距將會(huì)更短，最小閘極間距將由70納米降至54納米。邏輯單元（用來(lái)執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)邏輯功能的晶體管組合）的尺寸不到14納米芯片技術(shù)的46%。波爾認(rèn)為：與過(guò)去相比，新一代芯片技術(shù)在微型化方面顯然更勝一籌，同時(shí)也有助于消除芯片制造更新?lián)Q代放緩的當(dāng)前趨勢(shì)。波爾說(shuō)：“重要的信息是：這個(gè)節(jié)點(diǎn)和我們據(jù)此而制造的產(chǎn)品將有希望辯駁這個(gè)行業(yè)現(xiàn)有的疑慮——摩爾定律正在放緩。”

與14納米芯片相比，制造10納米晶圓芯片的成本肯定更高，但英特爾公司透露：每個(gè)晶體管的成本將會(huì)降低。預(yù)計(jì)10納米芯片將在切換速度和能耗方面做出改進(jìn)。然而時(shí)鐘頻率仍不易增加，多年來(lái)一直如此。波爾說(shuō)：“除了降低晶體管成本之外，新一代芯片技術(shù)的主要目標(biāo)在于功率的減少或能效的提高?！蔽⑿突靶实奶岣邔榉?wù)器芯片增加更多的內(nèi)核，為圖形處理器（GPU）增加更多的執(zhí)行單元。

不斷發(fā)展的芯片市場(chǎng)：10納米技術(shù)生產(chǎn)的芯片將首先出現(xiàn)。但主要負(fù)責(zé)市場(chǎng)調(diào)研的國(guó)際業(yè)務(wù)戰(zhàn)略公司（IBS）則預(yù)計(jì)蘋(píng)果和其他公司將會(huì)更關(guān)注下一節(jié)點(diǎn)：7納米

過(guò)去，英特爾每隔幾年都會(huì)通過(guò)采用新型芯片制造技術(shù)來(lái)升級(jí)晶體管。但關(guān)于14納米芯片，英特爾推出的技術(shù)或許可以被稱(chēng)為 “半節(jié)點(diǎn)”：在10納米芯片技術(shù)推出之前對(duì)14納米芯片晶體管做出了一系列改進(jìn)。英特爾還計(jì)劃在10納米芯片技術(shù)推出之后，研發(fā)出兩種 “半節(jié)點(diǎn)”（10納米+和10納米++），之后再推出新一代的7納米芯片制造技術(shù)。在某種程度上，這是對(duì)芯片更新?lián)Q代面臨的與日俱增的挑戰(zhàn)做出的反應(yīng)。波爾說(shuō)：“如果研發(fā)出10納米或7納米芯片制造技術(shù)要花費(fèi)很長(zhǎng)時(shí)間，那么退而求其次，我們應(yīng)該努力研發(fā)可以提高現(xiàn)有產(chǎn)品性能的辦法，確保每年都能推出更好的產(chǎn)品?！?/p>

三星電子和臺(tái)灣積體電路制造公司也在生產(chǎn)10納米芯片。2016年10月，三星電子宣布已率先實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)，預(yù)計(jì)采用該芯片的裝置將于2017年初面市。格羅方德公司（GlobalFoundries）則決定于2018年開(kāi)始直接研發(fā)7納米芯片。VLSI Research是一家負(fù)責(zé)調(diào)查分析半導(dǎo)體行業(yè)發(fā)展?fàn)顩r的公司，該公司的執(zhí)行總裁丹·哈奇森（Dan Hutcheson）認(rèn)為，這個(gè)行業(yè)的各大企業(yè)都在努力突破微型化的極限。他說(shuō)：“他們正經(jīng)歷著巨大的飛躍?！钡秸{(diào)并不完全一致：如果將各大企業(yè)生產(chǎn)的10納米芯片進(jìn)行對(duì)比，英特爾的產(chǎn)品在特征尺寸方面仍處于絕對(duì)的領(lǐng)先地位。

另外，哈奇森認(rèn)為，英特爾與其他芯片制造商的不同之處就在于生產(chǎn)過(guò)程的可控性和一致性。這使英特爾在芯片代工生產(chǎn)服務(wù)方面（即利用英特爾的生產(chǎn)線為其他公司制造芯片）具有顯著優(yōu)勢(shì)。

對(duì)于英特爾來(lái)說(shuō)，為其他公司制造芯片是一種新的發(fā)展途徑。而加強(qiáng)ARM處理器的生產(chǎn)能力則是重要步驟。哈奇森說(shuō)：“如果沒(méi)有ARM，想要為其他公司制造芯片就會(huì)很難，因?yàn)锳RM是標(biāo)準(zhǔn)架構(gòu)。”

英特爾透露，首款10納米芯片將優(yōu)先在其處理器上采用，不過(guò)或許要等到2018年才能對(duì)業(yè)內(nèi)開(kāi)放。

日益普及的ARM技術(shù)：基于ARM技術(shù)的芯片的年銷(xiāo)售量已經(jīng)大幅度超越世界人口數(shù)量，2014財(cái)政年度為121億；2015財(cái)政年度為149億。難怪英特爾公司正準(zhǔn)備著手生產(chǎn)這種芯片

[資料來(lái)源：IEEE Spectrum][責(zé)任編輯：岳 峰]

本文作者雷切爾·科特蘭(Rachel Courtland)是IEEE Spectrum雜志資深副主編，主要負(fù)責(zé)半導(dǎo)體領(lǐng)域的報(bào)道，2014年獲尼爾獎(jiǎng)。科特蘭是加州大學(xué)圣克魯茲分?？茖W(xué)傳播專(zhuān)業(yè)研究生，同時(shí)持有賓夕法尼亞大學(xué)和埃默里大學(xué)的物理學(xué)位。