英特尔重新发明晶体管 3D晶体管优劣势分析

英特尔重新发明晶体管 3D晶体管优劣势分析

       Intel于2011年5月6日宣布了所谓的“年度最重要技术”——世界上第一个3-D三维晶体管“Tri-Gate”。3-D Tri-Gate三维晶体管相比于32nm平面晶体管可带来最多37%的性能提升，而且同等性能下的功耗减少一半，这意味着它们更加适合用于小型掌上设备。

       晶体管是现代电子学的基石，而Intel此举堪称晶体管历史上最伟大的里程碑式发明，甚至可以说是“重新发明了晶体管”。半个多世纪以来，晶体管一直都在使用2-D平面结构，现在终于迈入了3-D三维立体时代。

       3D晶体管优势

       3-D Tri-Gate使用一个薄得不可思议的三维硅鳍片取代了传统二维晶体管上的平面栅极，形象地说就是从硅基底上站了起来。硅鳍片的三个面都安排了一个栅极，其中两侧各一个、顶面一个，用于辅助电流控制，而2-D二维晶体管只在顶部有一个。由于这些硅鳍片都是垂直的，晶体管可以更加紧密地靠在一起，从而大大提高晶体管密度。  

       这种设计可以在晶体管开启状态(高性能负载)时通过尽可能多的电流，同时在晶体管关闭状态(节能)将电流降至几乎为零，而且能在两种状态之间极速切换(还是为了高性能)。Intel还计划今后继续提高硅鳍片的高度，从而获得更高的性能和效率。   Intel声称，22nm 3-D Tri-Gate三维晶体管相比于32nm平面晶体管可带来最多37%的性能提升，而且同等性能下的功耗减少一半，这意味着它们更加适合用于小型掌上设备。

       通过使用3D晶体管，芯片可以在低电压和低泄露下运行，从而使性能和能耗取得大幅改进。在低电压条件下，22纳米的3-D Tri-Gate晶体管比英特尔32纳米平面晶体管性能提高37%。这意味着它能用在许多小的手持设备中。另外，在相同的性能条件下，新的晶体管耗电不及 2D平板晶体管、32纳米芯片的一半。首款3-D Tri-Gate晶体管22纳米芯片代号为Ivy Bridge，英特尔今天展示了该芯片，它能用在笔记本、服务器和台式机中。Ivy Bridge家族的芯片将成为首个大量生产的3-D Tri-Gate晶体管芯片，它将在年底开始量产。 Ivy Bridge是首款使用3-D Tri-Gate晶体管的量产芯片。3-D晶体管和2-D平面晶体管有本质性的区别，它不只可以用在电脑、手机和消费电子产品上，还可以用在汽车、宇宙飞 船、家用电器、医疗设备和其它多种产品中。3-D Tri-Gate晶体管还用在凌动芯片中。

             质疑

　　Intel 22nm的ivy bridge处理器上市后即出现了“BUG门”，其主要是ivy bridge处理器在超频时(甚至默电情况下)发热量会急剧上升，并且多名玩家证实ivy bridge的超频能力，明显不如上代的Sandy bridge处理器。

　　究其原因：ivy bridge处理器内核(die)和顶盖之间的空隙，并非之前所用的软钎焊工艺低熔点金属材料(锡等)，而采用的是非常普通的硅脂。众所周知，金属的导热 能力是硅脂的十几倍，采用硅脂封装处理器势必会造成热量传导不利的因素。Intel以往只在低端CPU的内部使用硅脂，这次竟然连最高端的Core i7-3770K都采用了硅脂封装，难不成美国经济危机Intel也实施“缩水型经济”？

　　针对Intel的这一行经，部分网友戏谑称：“胶水业巨头在发明了胶水双核、胶水四核、胶水北桥、胶水集显、胶水内存控制器后再次创新，发明了胶水(硅胶)顶盖。”

　　面对众多玩家的质疑，Intel官方公开表示：“我们确实在22nm制造工艺的第三代Core处理器中采用了全新的散热封装技术，但由于22nm制造工艺的热密度较高，所以用户在超频时候确实会遇到温度提高的情况，但这些问题是在我们的设计考虑之内的，但CPU的质量依然是可以保证的。”

　　根本原因还是在架构，ivy bridge处理器相比之前的Sandy bridge，最大的不同点是采用了22nm制造工艺和3D Tri-Gate晶体管架构，并且大幅度提高了单位面积内的晶体管数量。

　　核心面积减少+晶体管密度增加+晶体管开启状态(高性能负载)通过的电流增加→处理器温度变高(因为电流流量变大，则转化为热能的功越多。再加上晶体管密度变大、处理器核心面积变小、致使散热能力下降，我们可以直接推导出热量上升。)