鬼斧神工——揭开英特尔45纳米技术的神秘面纱
技术空间
2007年1月29日，英特尔公司宣布在晶体管设计领域取得了一个重大突破，新技术采用了两种与以往完全不同的晶体管材料来构建45纳米晶体管的绝缘“墙”和切换“门”。 英特尔宣称这是40年来计算机芯片技术的最大革新，采用全新45纳米晶体管生产出的首批处理器将加速多核计算时代的进程。
45纳米规格比较
一根人头发直径 = 9万纳米
一粒豚草花粉 = 2万纳米
细菌 = 2千纳米
英特尔45纳米晶体管 = 45纳米
鼻病毒 = 20 纳米
硅原子 = 0.24 纳米
45纳米趣味知识
1947年，贝尔实验室制造的第一个晶体管大得可以握在手中，而在应用了新的45纳米晶体管技术后，一个人类红血球的表面可容纳大约400个英特尔公司的45纳米晶体管。如果一所房子缩小为一个晶体管大小，不借助显微镜你根本无法看到这所房子。
在英特尔即将推出的下一代45纳米处理器（研发代码：Penryn）中，一个晶体管的价格仅相当于1968年时一个晶体管平均价格的百万分之一。如果汽车价格以同样的速度下滑，今天一部新车的价格仅为1美分。
一个45纳米晶体管可在1秒钟内切换约3千亿次。一个45纳米晶体管开关一次所需时间仅相当于以光速（每秒30万公里）穿行0.1英寸所需的时间。
你知道吗？晶体管和英特尔CPU的“恋爱”史
要了解新45纳米晶体管技术，就要先了解晶体管和CPU的关系史。自从1947年第一个晶体管发明以来，科学技术一直在迅猛发展。尽管这些年来晶体管技术进步巨大，但是晶体管的发热和电流泄漏问题始终是制造更小晶体管的主要障碍。
现在英特尔公司已经开发出应用于45纳米晶体管的新型材料，当这些材料组合在一起时，就可制造出一种漏电率极低、性能极高的晶体管。英特尔采用45纳米晶体管技术开发出了首批代号为“Penryn”的处理器。
在晶体管诞生60周年来临之际，让我们来回顾一下晶体管和英特尔之间的关系史，因为晶体管技术一直都在推动着CPU的发展，而现在英特尔的45纳米技术又催生了新的晶体管技术，两者之间的关系可谓相辅相成。
1947年12月16日：威廉·邵克雷（William Shockley）、约翰·巴顿（John Bardeen）和沃特·布拉顿（Walter Brattain）成功地在贝尔实验室制造出第一个晶体管。
1954年10月18日：第一台晶体管收音机Regency TR1投入市场，仅包含4只锗晶体管。
1968年7月：罗伯特·诺伊斯和戈登·摩尔从仙童（Fairchild）半导体公司辞职，创立了一个新的企业，这就是大名鼎鼎的英特尔公司，英文名“Intel”，是“集成电子设备（Integrated Electronics）”的缩写。
1969年：英特尔成功开发出第一个PMOS硅栅晶体管。这些晶体管继续使用传统的二氧化硅栅介质，但是引入了新的多晶硅栅电极。
1971年：英特尔发布了他们的第一个微处理器4004。4004 CPU仅包含2000多个晶体管，采用英特尔10微米PMOS技术生产。
1978年：英特尔把8088微处理器销售给IBM新的个人电脑事业部。16位8088处理器含有2.9万个晶体管，运行频率为5MHz、8MHz和10MHz。8088的成功推动英特尔进入了《财富》500强企业排名，《财富》杂志将英特尔公司评为“七十大商业奇迹之一”。
1982年：286微处理器（又称80286）问世，成为英特尔的第一个16位处理器，可运行为英特尔前一代产品所编写的所有软件。286系列处理器使用了1.34万个晶体管，运行频率为6MHz、8MHz、10MHz和12.5MHz。
2002年1月：英特尔奔腾4处理器推出，高性能桌面台式电脑由此可实现每秒钟22亿次运算。它采用英特尔0.13微米制程技术生产，含有5500万个晶体管。
2005年5月26日：英特尔第一个主流双核处理器——“英特尔奔腾D处理器”诞生，它包含2.3亿个晶体管，采用英特尔领先的90纳米制程技术生产。
2007年1月8日：为扩大四核PC向主流买家的销售，英特尔发布了针对桌面电脑的65纳米制程英特尔酷睿2四核处理器和另外两款四核服务器处理器。英特尔酷睿2四核处理器含有5.8亿个晶体管。
40年来最大的突破：采用全新栅介质和金属栅极的45纳米晶体管
采用氧化硅制造晶体管栅介质已有40余年，这主要是由于氧化硅的可加工性比较强。随着氧化硅被加工得越来越薄，晶体管性能也稳步提高。英特尔在此前的65纳米制程技术中，已经成功将氧化硅栅介质的厚度缩小至1.2纳米，但是随着氧化硅栅介质厚度不断缩小，氧化硅栅介质的漏电量也逐步增加。
晶体管栅介质的漏电问题已经被业界视为过去10年来最大的技术挑战。为解决这一棘手问题，英特尔公司在栅介质中采用厚度更大的高-K材料取代氧化硅，与过去40多年中一直使用的氧化硅相比较，使用新材料后的新晶体管栅介质漏电率变为原来的1/10。
由于高-k栅介质与以前的硅栅电极不兼容，因此，英特尔45纳米晶体管材料的另一个亮点是开发出了新的金属栅极材料。虽然英特尔采用的特定金属仍未公开，但可知的是，英特尔将在晶体管栅电极中采用不同的金属材料。
在英特尔45纳米晶体管技术中，高-k栅介质与金属栅极的组合使晶体管性能提高了20%以上。同时，大大降低了漏电量。
英特尔公司的45纳米制程技术也使晶体管密度比上一代产品提高了大约两倍，使英特尔能够增加总体晶体管的数量和缩小处理器的大小。由于45纳米晶体管远小于上一代晶体管，因此，晶体管开关所需能量也大为减少，使主动切换耗电降低了30%。英特尔在45纳米接头中将采用低-k介质的铜线，这也是为了提高性能、降低功耗。同时，英特尔也将采用创新的设计规则和先进的掩模技术，拓展193纳米干式光刻技术的应用来制造其45纳米处理器。
大展拳脚：全新45纳米晶体管技术的应用
英特尔公司每隔一年就推出一代新制程技术和新的微体系架构，Penryn系列处理器将发挥出英特尔酷睿微架构的优势，是英特尔生产计划中即将推出的下一代产品。目前，依靠45纳米晶体管技术，英特尔已经生产出了首批可实际使用的45纳米制程的Penryn处理器样品，未来一段时间内即可量产。
除了Penryn处理器外，英特尔正在开发的45纳米制程产品超过了15种，涵盖台式机、笔记本、工作站和企业版产品领域。45纳米双核处理器中含有4亿多个晶体管，四核处理器中含有8亿多个晶体管，Penryn系列处理器采用了全新的微体系架构特性，拥有更强的性能和电源管理能力，更高的核心速度以及大容量缓存。Penryn系列处理器带有大约50条新的英特尔SSE4指令，拓展了多媒体处理能力和高性能计算应用的能力。
总结：45纳米不是终点
新的45纳米晶体管技术给发展逐渐艰难的CPU研发开创了一个新的发展空间，使CPU在电气性能和制造工艺上都得到了很大的提升。如果说从90纳米到65纳米只是一个量变，那从65纳米到45纳米则是一个巨大的质变。
即便45纳米晶体管技术的表现已经很优秀了，但45纳米还不是技术发展的终点，从英特尔的技术演变趋势图中我们可以看出，45纳米晶体管技术只不过是整个计划中的一部分而已，在流程图的后面，我们还可以看到32纳米和22纳米的流程计划。只不过实现时间定在了2009年和2011年而已。全新的晶体管技术又给英特尔的CPU研发注入了新的活力。让我们一起来期待英特尔CPU的未来表现吧。