【IT168 专稿】上周五，Intel公司宣布其X86处理器的晶体管密度有望提升一倍。通过采用45纳米制造工艺和全新的晶体管材料，Intel宣称在晶体管设计方面取得了历史性的重大突破，并计划在2007年下半年，将这种新技术用于代号为Penryn的处理器新产品中，预计45纳米双核处理器含有4亿多个晶体管，而四核处理器将含有8亿多个晶体管。换句话说，45纳米技术可以实现在一个针尖上集成3万个晶体管。就在同一天，IBM公司也宣布了针对45纳米处理器的计划，但相信Intel仍然会是第一个把这种新技术推向市场的芯片制造商。

Intel为摩尔定律延寿

    晶体管是处理0、1数字信号的微电子开关。其中栅（gate）用来打开或闭合晶体管，而栅介质（gate dielectric）是用来将栅从电流通道隔离出来的绝缘体底层。过去数十年来，芯片厂商一直采用氧化硅（silicon dioxide）来做栅介质，采用多晶硅（polysilicon）做栅电极（gate electrode）。但是，使用现有的材料，晶体管的尺寸缩小能力几乎达到极限，如Intel在其65纳米制程技术中，已经成功地将氧化硅栅介质的厚度缩小至1.2纳米（相当于五个原子层），但是栅介质的漏电量也随之逐步增加，导致功耗和发热等问题日益严重，让芯片厂商头痛不已。

    为了顺利地实现处理器制程由现在的65纳米向45纳米转变，Intel采用了新的基于铪的高-K绝缘体材料（hafnium-based high-k insulator），以取代氧化硅和多晶硅两种化合物，从而可以极大地减少电漏。新材料的出现，将至少使未来十年内的几代处理器继续遵循摩尔定律。

    众所周知，早在1965年，Intel公司的联合创始人之一戈登.摩尔（Gordon Moore）就做出惊人预测：单个集成电路上的晶体管数量每两年增加一倍，后来更新为每12-18个月提升一倍。Intel公司也确实用行动验证了这一预言。而在有生之年，摩尔不仅看着这一定律盛行了40年之久，还看到了新一代晶体管技术的诞生。

    摩尔表示，“自上世纪60年代晚期推出多晶硅栅极金属氧化物半导体（MOS）晶体管以来，采用高-k栅介质和金属栅极材料标志着晶体管技术领域里最重大的突破。”比较而言，一个人类红血球细胞表面可容纳大约400个Intel公司的45纳米晶体管。就在10年前，在250纳米制程技术下，晶体管尺寸约是以45纳米晶体管尺寸的5.5倍，面积约为现在的30倍。可见，新材料和新工艺对“摩尔定律即将寿终正寝”质疑观点做出了较好回应。

    如上所述，在最近几代处理器中，随着晶体管漏电问题越来越严重，性能和功耗之间的平衡也越来越难。Intel认为，新技术的使用可以提升处理器芯片的性能，并降低功耗要求。由于45纳米晶体管远小于上一代晶体管，因此，晶体管开关所需电量也大为减少，使晶体管功耗大约降低了30%，栅漏电减少10倍以上。随着晶体管新材料的改进，Intel既可以通过大幅提升CPU主频来实现更高性能，也可以通过降低主频来提升能源效率。

    据悉，首批5款45纳米Penryn处理器产品已经试制成功，可运行Windows Vista、Mac OS X、 Windows XP 和 Linux等操作系统以及其它应用程序，这是Intel公司计划中的15款45纳米处理器产品的第一批。Intel按计划将在2007年下半年交付投产45纳米处理器。

IBM与AMD不甘示弱

    通过采用跟Intel相类似的晶体管材料，IBM也一直在设计45纳米制造工艺，但IBM在2008年以前不会推出基于新技术的处理器产品。这意味着Intel在市场上至少能领先6个月，甚至更久，而在新一轮的制造工艺竞赛中，IBM及其合作伙伴如AMD、东芝、SONY等不得不再次处于追赶状态。由于AMD跟Intel在X86架构处理器上是针锋相对的死对头，因此，AMD的处境尤为艰苦。而且，由于AMD在这场晶体管技术战役中需要通过IBM来代理，45纳米的产品要到2008年中才会投入量产，由此可见，在协调制造工艺和处理器设计方面，AMD的控制力无法企及Intel。但AMD计算产品事业部的首席平台设计师Steve Polzin表示，AMD也在研究45纳米晶体管生产技术，但仅仅为了技术而推动技术不是我们要做的事情。

    然而，这一优势估计不会持续多久。因为Intel今年会推出45纳米的四核处理器。估计该芯片的性能比65nm 的Clovertown 或Barcelona都要强，节能效果也可能更好。虽然Intel处理器一直采用前端总线设计，且不集成内存控制器，但45纳米制造工艺可以弥补这些缺陷。因为晶体管体积更小，Intel可以在多余的硅晶片空间里增加更多的缓存，以降低内存访问率，或者增加更多的智能组件来提高CPU性能。

    不难看出，近几年，Intel和AMD的竞争是呈交错态势的。正所谓风水轮流转，随着Intel转向新一代制造技术，好运转到了Intel这一边，但如果AMD的处理器能达到相同的工艺水平，AMD还是大有机会的。而如果在制造工艺上落后不止一代，AMD或许很难翻身。

    如果AMD在竞争中落后太多，那些使用AMD芯片制造机群或超级计算机的HPC厂商可能会陷入尴尬境地。特别是Cray，因为它跟AMD签署了长期协议——在2010年以前使用Opteron处理器制造下一代超级计算机。而其他提供机群服务器的HPC厂商因为同时使用Xeon和 Opteron，可选择性相对更加灵活一些。不过，我们仍然希望AMD能赶上来，这不仅对OEM厂商有利，也可以保持X86市场上的竞争活力，从而避免新的垄断。

CPU速度已无法决定一切！

   令AMD感到欣慰的是，跟10年前不同，CPU速度已无法决定一切，晶体管技术改进对产业的驱动力已今非昔比。今天，相对于暴增的CPU性能而言，内存带宽已经成为非常突出的瓶颈因素，这使得处理器结构和系统结构至少同样重要。对于高性能计算用户数据中心里的纵向扩展（scale up）多处理器系统来说，这一点尤为突出。而在这方面，AMD凭借超传输（HyperTransport）总线技术和集成内存控制器，仍然比对手拥有优势。

    对Intel来说，虽然宣称要致力于维持每两年的技术开发周期——即所谓的“tick-tock”模式——在实现新一代处理器尺寸缩减工艺（tick）之后推出全新的微处理器架构设计（tock）。按照Intel的蓝图，将于2007年下半年推出45纳米产品，2009年采用32纳米，2011年采用22纳米。然而，由于不同X86细分市场的需求是不一样的，要让这一规律得到线性发展，前途挑战重重。比如，基于迅驰(Centrino)处理器的笔记本电脑可能每两年会更换一次，但基于至强（Xeon）处理器的超级计算机的生命周期却至少是5年或10年。现实的情况是，笔记本电脑用户无法充分利用多核、超大缓存等更好性能，因为现有的个人消费类软件无法利用这些硬件优势。而另一方面，超级计算机用户却更有可能利用所有这些新技术。

    当然，归根结底，是市场在决定处理器新技术的价值。虽然Intel和AMD都在试图引导X86市场的发展，为摩尔定律延寿，但CPU已经无法决定一切，CPU架构和系统架构同样重要。从这一点来说，芯片的价值最终还得依靠OEM厂商和最终用户来认可。