90nm制程的喜与忧
今日硬件
稍微对处理器有所了解的朋友对“制程”这个概念一定不会陌生，但是Intel1997年推出0.25μm、1999年推出0.18μm、2001年推出0.13μm和2003年推出的90nm。但在这其中，可能我们又会对90nm的工艺制程记忆犹新，原因很简单——首先，90nm工艺制程地推出并没有像前辈那样使得产品功耗得以降低；其次，在过去的2004年中，Intel在90nm工艺制程上面遇到了相当大的麻烦，转而在2005年准备引入更为先进的65nm的工艺制程，而Intel的老对手AMD的产品今年也会全部采用90nm工艺制程进行生产。
90nm让我喜
工艺制程的进步主要是体现在线长（Line Length）的不断缩短方面，这里的线长指的是芯片内部各个晶体管之间连接导线的宽度。那么在这次缩短导线的宽度过程中能带来哪些好处呢？下面让我们简单地了解一下。
众所周知，要提升处理器的工作性能就必须在增强处理器的运算核心和增加处理器的缓存大小中选择其一。但是，不管我们选择哪个方面，晶体管的增加是不可避免的。其中尤其是以增加缓存最为明显——Willamette核心的Pentium4只有4200万个晶体管，当二级缓存由256KB增加到Northwood核心的512KB的时候晶体管数目已经增加到了5500万个，当Prescott核心的二级缓存进一步提升到1MB时晶体管达到了1亿2500万个！由于每个晶体管都是由导线进行连接，提升工艺制程缩短导线的宽度，显然可以明显地增强产品的集成度，毕竟每一条导线上面缩短一下，想一想，上亿条导线要缩小多少呢？工艺制程的提升不仅仅能够使导线的宽度减小，而且还能让晶体管自身的体积缩小，这样同时使得处理器核心的面积减小。而处理器核心面积的减小可以让同样面积大小的晶圆生产出较原来更多的产品，让处理器的成本下降。可能有些朋友在以前听说过，更换产品的工艺制程生产线需要花费数十亿美元的代价。不错，即便如此，各个半导体厂商也不遗余力地进行着工艺制程生产线的改进。原因也很简单，虽然初期的投入有点过大，但是随着生产量的增多初期的投入也会慢慢地收回。更为重要的是，产品的单颗成本的降低，更有利于市场竞争。
90nm让我忧
在前面我们已经提到了90nm工艺制程的推出并没有像以前那样使得产品的功耗降低，这主要是由于两方面所造成：90nm产品的信号干扰问题和漏电率。产品设计人员为了保证90nm工艺制程下的芯片内部信号的完整性，不得不为90nm工艺的处理器加上更强的电压和电流来维持处理器的正常工作，这样也就导致了产品的功耗显著增加。除了信号干扰问题以外，90nm工艺制程下的产品漏电问题也让人们大伤脑筋。据称，当前阶段的90nm工艺制程处理器的漏电率为30％。换句话讲：在处理器工作的同时将会有30％左右的电流转换成为了热量！！！90nm工艺制程的这两个“致命”缺点在Prescott核心的Pentium4上面体现得最为明显——先进的工艺制程的引入没有像人们期望的那样降低处理器的功耗，相反该款处理器的功耗远远超过了Intel以前的产品。
新技术解我忧
为了解决90nm工艺制程的致命缺点，许多公司都投入了大量的资金进行研究，其中蓝色巨人IBM的研究成果最为显著。近日IBM表示正式开始在90nm工艺制程中准备加入绝缘应变硅SSDOI（strained-silicon directly on insulator）和混合定向技术HOT（hybrid-orientation technology）两项技术。绝缘应变硅的原理是将应变硅和硅绝缘体集成在同一芯片上，由于应变硅技术是在硅片的下面放置一种特殊的衬底，受到原子间的作用力使得硅原子也向外运动，拉开了硅原子之间的距离，这样在很大程度上提高了电子的迁移能力；而硅绝缘体则能够有效降低90nm芯片的漏电率。混合定向技术能将空穴迁移率提高到较普通情况下2.5倍以上。换句话说，混合定向技术可以使处理器的工作频率提升的同时降低功耗。
写在最后
从Intel制程发展蓝图中，我们可以清楚地发现：Intel将会在今年引入全新的工艺制程——65nm，Intel针对65nm工艺制程提出了多项相关方案以求避免出现90nm时代那样的尴尬，比如：增强型应变硅、高K值材料、低K电介质材料等等；再到2007年的时候，Intel将会采用45nm工艺制程进行处理器的生产，那时候，将抛弃现有的硅栅极取而代之的是更为先进的金属栅极，同时控制晶体管电流的栅极介质也将会由现在的二氧化硅换成漏电率更加低的材料。AMD公司今年的产品也将全面进入90nm工艺制程时代，而要像Intel那样进入更为先进的65nm工艺制程时代可能还要等上一阵子。