32納米

32納米製程技術是英特爾已經推出並即將大規模投入量產的新的處理器製造技術，它是在已經大獲成功的45納米製程技術的基礎之上，採用第二代高k+金屬柵極電晶體以及第四代應變矽技術，為下一代英特爾Nehalem微體系架構的32納米版本-Westmere處理器的高性能表現奠定基礎。

基本介紹

• 中文名：32納米
• 所屬公司：英特爾
• 起始時間：1989年
• 最新產品：32納米

製程技術

兩年一新

英特爾是首家演示了可正常運行的32納米處理器的公司，並自1989年起一直有條不紊地實現其稱為“Tick-Tock模式”的新產品創新節奏，即每隔一年交替推出新一代的先進制程技術和處理器微體系架構。2005年的P1264 65納米 (Core)已經基本被淘汰，2007年的P1266 45 納米 (Penryn)早已全面普及，2009年就輪到P1268 32 納米 (Westmere)了，之後就是2011年的P1270 22 納米 (IVY Bridge)和2013年的P1272 16 納米。

圖1：英特爾的處理器工藝發展藍圖

而為了完成處理器產品向32nm技術的過渡，英特爾在未來兩年內上馬四座fab晶片生產廠。位於俄勒岡州的D1D晶片廠目前已經投入使用，同樣位於俄勒岡州的D1C晶片廠將於2009年第四季度投入使用。2010年，英特爾將再建兩座製造工廠。位於亞利桑那州的Fab 32生產廠和位於新墨西哥州的Fab 11X生產廠。

圖2: 32nm處理器將在這四個工廠生產

圖2：32nm處理器將在這四個工廠生產

技術原理

32納米製成技術是基於45納米技術的改良版本，總體歸納起來組要有以下三點。

第一點

1：32納米製程技術的基礎是第二代高k+金屬柵極電晶體。英特爾對第一代高k+金屬柵極電晶體進行了眾多改進。在45納米製程中，高k電介質的等效氧化層厚度為1.0納米。而在32納米製程中，由於在關鍵層上首次使用沉浸式光刻技術，所以此氧化層的厚度僅為0.9納米，而柵極長度則縮短為30納米。電晶體的柵極間距每兩年縮小0.7倍——32納米製程採用了業內最緊湊的柵極間距（ 第一代32nm技術將使112.5nm柵極間距 ）。32納米製程採用了與英特爾45納米製程一樣的置換金屬柵極工藝流程，這樣有利於英特爾充分利用現有的成功工藝。這些改進對於縮小積體電路（IC）尺寸、提高電晶體的性能至關重要。

圖3:電晶體的柵極間距大幅縮小

採用高k+金屬柵極電晶體的32納米製程技術可以幫助設計人員同時最佳化電路的尺寸和性能。由於氧化層厚度減小，柵極長度縮短，電晶體的性能可以提高22%以上。這些電晶體的驅動電流和柵極長度創造了業內最佳紀錄。

英特爾的第一顆32納米 SRAM晶片在2007年9月就已經完成，電晶體數量超過19億個，單元面積0.171平方微米，容量291Mb，運行速度4GHz，相對比而言，45nm時代處理器的單元面積是0.346平方微米(AMD的是0.370平方微米)。

圖3：電晶體的柵極間距大幅縮小

第二點

2：32納米技術針對漏電電流做出了最佳化。與45納米製程相比，NMOS電晶體的漏電量減少5倍多，PMOS電晶體的漏電量則減少10倍以上。換句話講，根據NMOS、PMOS電晶體泄漏電流和驅動電流的對比，32nm的能效相比45nm會有明顯提高──要么能在同樣的漏電率下提高電晶體速度(14-22%)，要么能在同樣的速度下降低漏電率(5-10倍)。因此由於上述改進，電路的尺寸和性能均可得到顯著最佳化。

圖4: 32納米技術針對漏電電流做出了最佳化

圖4： 32納米技術針對漏電電流做出了最佳化，提高驅動電流

第三點

3：32納米還採用了第四代應變矽技術， 可將電晶體體積縮小大約30%，從而有利於提高電晶體的性能，同時也使得英特爾可以爭取更多的時間和機會進行更多技術創新。

戰略藍圖

Westmere將是率先採用32納米製程技術的處理器系列產品，這種處理器（基於極為成功的代號為的英特爾Nehalem微體系架構） 將使現有的微體系架構變得更小、更快、更節能，並且縮小的處理器核心尺寸也將促成將顯示卡集成至處理器的多晶片封裝（MCP）。

圖5： 首批32納米代號Westmere的處理器

圖5: 首批32納米代號Westmere的處理器

隨著32納米製程技術的快速發展，基於Westmere的英特爾處理器將會迅速進入筆記本電腦、台式機和伺服器市場。根據客戶機發展路線圖，在支持8個軟體執行緒的45納米英特爾酷睿i7和英特爾酷睿i7至尊版四核處理器之後，英特爾將推出採用32納米技術、代號為Gulftown的處理器，以滿足高端台式機計算市場的需求。在高性能和主流台式機市場，除了代號為Lynnfield的45納米處理器（4個核/8個執行緒）之外，還會出現採用32納米技術、代號為Clarkdale的處理器（雙核/4個執行緒）——此款處理器將集成顯示卡功能。

圖6：Westmere客戶機發展藍圖

圖6:Westmere客戶機發展藍圖

在移動計算領域，移動高端市場仍將採用45納米製程技術、代號為Clarksfield的處理器（4個核/8個執行緒），而高性能和主流市場將會向採用32納米技術、代號為Arrandale的處理器遷移（雙核/4個執行緒）——此款處理器將在09年第四季度投產。

在所有主要的英特爾至強伺服器市場同樣將遷移到32納米製程技術。與在台式機市場的發布一樣，Clarkdale處理器將會受到“實用型”市場的歡迎。在過不久“高能效”市場（英特爾至強處理器5000系列）將從45納米Nehalem-EP處理器遷移到32納米Westmere處理器。“可擴展”市場（英特爾至強處理器7000系列）也將從45納米Nehalem-EX處理器遷移到32納米Westmere處理器。

圖7：英特爾至強伺服器市場同樣將遷移到32納米製程技術

圖7: 英特爾至強伺服器 - 32納米製程技術

深遠影響

32納米台式機處理器不僅改進了性能擴展空間，而且縮小了晶片尺寸，這也為處理器具備更高的集成度創造了先決條件。比如在基於Westmere的處理器中，集成顯示卡和記憶體控制器將放在多晶片封裝內的處理器中。在採用32納米處理器矽核的封裝內，顯示卡和圖形控制器是一個45納米晶片。在第二代32納米處理器中，南橋晶片也將被包含在內。

這將顛覆人們當前將主流PC視為一個3晶片解決方案的觀念，同時是比對整個產業的格局帶來遠勝於45納米工藝的深遠影響。

32納米近在咫尺

在CPU方面，32納米技術至少要到明年才會全面商用化，但是在聯合併購轉交晶圓工廠之後，AMD的製造工廠合作夥伴GlobalFoundries表示，今年AMD就可以用上32納米，甚至28納米的顯示卡晶片製造技術。

不過實際上“競爭”一詞對於AMD來說並不是顯得很恰當，包括顯示卡和cpu的最新製程技術都將由GlobalFoundries提供，而實際上後者的客戶遍及歐美，晶片產品包括PC平台的CPU，顯示卡晶片，無線晶片，遊戲機以及通信晶片。

做為一家契約型晶片製造商，GlobalFoundries的客戶包括微軟，Nvidia，qualcomm等等，該公司製造系統和技術副總裁Tom Sonderman表示，32納米製程技術預計今年在德國的德勒斯登工廠全面就位，2010年將實現全面量產。

看來AMD全身脫出製造端，由技術和資金實力更強的GlobalFoundries來推進先進制程，並保證產能供應的話，應該是一項更不錯的策略措施。