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英特尔中国董事黄节:摩尔定律能走多远

按照我们的计划,2011年我们做到22纳米,2013年16纳米、2015年11纳米,到11纳米时,两个晶体管之间的距离只有11纳米,相当于只有50个硅原子那么大。
发布时间:2009-05-18 13:44        来源:        作者:CSS
【赛迪网讯】5月18日消息 今天2009年世界电信和信息社会日大会在北京国际饭店举行,赛迪网正在现场直播。以下为英特尔中国有限公司董事总经理黄节做主题为“摩尔定律能走多远―无线宽带的实现和英特尔的创新之旅”的演讲。 “摩尔定律能走多远―无线宽带的实现和英特尔的创新之旅” 什么是摩尔定律呢?大约在1965年,在普尔顿.摩尔博士创建英特尔公司之前发现了这样一个规律,集成电路晶体管每隔18个月到24个月就会翻一番,这就是摩尔定律。摩尔定律和其他自然界的定律不一样,并不是能自动执行的,摩尔定律需要经过不懈努力才能够得以实现。 摩尔定律是,每两年晶体管的密度翻一番,晶体管的大小尺寸每两年就缩小为原来的70%。换句话说,如果上一代晶体管为0.5微米,两年以后就是0.5微米乘以0.7,变成0.35微米。进入今天英特尔晶体管大小的距离可以做到45纳米,下一代就是45乘以0.7,变成32纳米。 每一个纳米有多小呢?大家可以看到,一个头发丝的宽带相当于9万纳米,一个细菌的大小相当于2千纳米,病毒的大小只有20纳米,而我们英特尔现在做的晶体管是45纳米,也就是说,只有两个病毒大小。 摩尔定律的实现使我们能以极低的价格获得极高性能的产品,在1971年,英特尔第一代微处理器中,就包含有2300个晶体管,到07年,每个晶体管的价格仅相当于1968年每个晶体管价格的百万分之一。换句话说,如果汽车价格以同等速度下降,到今天为止,一部新车的价格仅一美分。摩尔定律的实现彻底改变了IT界、通讯界、半导体工业整体的现状,比如通讯领域中很多中国企业崛起,变成了通讯主设备厂商中的一流企业,这里面的间接原因是和摩尔定律相关的,由于摩尔定律的实现,使得定价差异化极大缩小,过去做一个交换机的初始成本和门槛非常高,今天做一个交换机,硬件的差异化是非常小的,门槛也非常低,这就是为什么很多中国企业在通讯制造业上变为全球一流企业的原因之一。 是不是也可以这样讲,在今天的汽车工业中,如果还没有一个世界一流的汽车工业,是不是可以归结为汽车工业里还没有出现一个类似摩尔定律这样的定律呢? 人们一直在问,我们真的需要这么多计算和通讯能力吗?这个问题由来已久,我们认为,人们对通讯能力的需求是远远没有得到满足的,过去我们将一部大型机变成PC机、手机和嵌入式设备,人们发现两种趋势同时存在,一种是一个机器有多种多样的服务,比如一台笔记本可以做很多事情;一台手机可以同时是照相机、手机和MP3……这是多功能的;同时我们也发现很多专业型的机器,比如iPod专门用来听MP3,这两种趋势的发展刺激了对于终端设备的需求,转过来刺激了人们对摩尔定律的需求,希望有更多处理量大但又非常便宜、体积非常小的设备出现。 刚才我讲了,一个MP3格式歌曲的文件大小只是3M,相当于2400个0+1,而一部高清电影的文件大小超过了1G,相当于80亿0+1,从这个取向可以看到。全球人均拥有晶体管的数量到2004年变为了5000亿,而且到今天为止我们还没有发现人们对此的需求和满足达到饱和。 人们可能要问,是不是在每一个时刻、每一个设备中都需要那么高的计算量?实际上并不一定,但在英特尔不断实现摩尔定律的过程中,当我们把晶体管做得非常小时,不仅可以极大提高计算量,而且它的功耗会降低,这是非常重要的。2005年65纳米晶体管到2007年45纳米的晶体管,晶体管的密度提高了2倍,切换速度提高了20%以上,切换功率反而降低了30%,漏电功率降低了5倍以上,整个栅极的漏电功率降低了10倍以上,因为我们不断遵循摩尔定律,不断向前推进创新,今天的处理器不仅处理能力大大提高了,而且功耗相比以前也有成十百倍的降低,这大大刺激了人们对高处理能力、低耗能产品的需求。 摩尔定律给人们生活带来了很大的改变,它到底能走多远?这个问题提出很长一段时间了。当我们的晶体管做到120纳米时,人们说90纳米就是极限了,到90纳米时就不能这样做了。再往下走,我们突破了90纳米,大家说,45纳米是极限了,今天我们又突破了45纳米走向32纳米……人们一再问,摩尔定律能走多远?因为不可能无限制分下去,最后做到很小的级别,就到原子级了,你不可再比原子级更小,摩尔定律能走多远? 从这张图来看,当晶体管尺寸缩小,传统技术就临近极限了,原级和漏级(音)的漏电就变成了一个很大的挑战,由于漏电,0和1的区分变得模糊了,要解决这个问题,就必须更有效地在珊体方面控制,这要求山级变得非常薄,这就出现了一个问题,山级漏电会增加。今天我们讲,原级和漏级可以做到45甚至32纳米,实际上珊级会更薄,现在山级的尺寸薄到只有50个硅原子那么厚,正负差级只有50硅原子。 从60纳米做到45纳米我们发现了一个很大的改变,英特尔在材料上有了重大的突破,高K珊技术突破传统,由于有了这个重大的突破,我们可以把摩尔定律从65纳米执行到45纳米甚至更进一步,并且继续向前走,技术的创新使我们可以沿着摩尔定律继续向前走,至少50年。 在2001年时是135纳米,2003年90纳米、2005年65纳米、2007年45纳米,在45纳米时,因为引进了革命性变化,2009年我们会把它继续到32纳米。 摩尔定律继续往下走,人们也一直在做,实现摩尔定律的难度有多大?我们知道,在一个实验室里做出一个45纳米的集成电路和在工厂里出成千上万个做出45纳米的集成电路是一回事。这张图上讲的是,曲线越低,说明不良品率越低,成品越高,大家可以看到,在90纳米时,我们可以做到在很短时间里提高成品率、降低废品率。65纳米时虽然工艺更复杂,但大家可以看到我们的成品反倒比以前90纳米时还高,45纳米时的成品率要比65纳米时的成品率高。这就意味着我们的芯片成本一代比一代低,而这是我们不断创新的结果。 今天开始两年之后我们要做到32纳米,英特尔45纳米晶体管的制造工艺已经很成熟了,在今年第四季度我们将开始对32纳米晶体管工艺的生产。 要想遵循摩尔定律,整体来讲至少有六大关键技术:半导体工艺技术、产品设计技术、工具设计技术、制造流程技术、研磨技术、封装技术,英特尔掌握了这六种关键性技术的每一种。如封装技术,由于高度集成化,芯片体积非常小,封装成片很可能有一千多个管角,怎么把这一千多个管角排列出来,这就是很核心的一个技术。 刚才说到每两年要提高一次工艺,在两年过程中会有什么变化吗?架构会有变化,05年时我们工艺上已经达到了65纳米,06年时在65纳米工艺上更新结构,引入新的微架构。在07年微架构不变的情况要更新工艺达到45纳米,到08年时在45纳米的基础上更新下一个结构,进入09年时,在新的结构上更新工艺。就像钟摆一样,嘀嗒嘀嗒不停地向前走。 对于英特尔这样一个创新者而言,我们的目标不再是竞争对手,而是我们自己,我们是以超越自我为目标的。 在当前的经济衰退中我们应该怎么做?通常来讲英特尔每年会将50亿美金花费在工厂更新和换代上,另外50亿美金花费在研发上,英特尔每年在这方面的投入是100亿美金,每年如此。但是在经济衰退中,英特尔并没有减少投资,反而还增加了投资,因为我们认为,只有在经济衰退中为未来投资、为创新而投资,我们才能有更美好的未来,从这张图上可以看到,2000年经历了高科技泡沫的破裂,在2000年泡沫破裂时英特尔反而加大了对工厂的投入。在今年这场前所未有的危机中,英特尔也加大了投资。今年2月份是经济形势最不好、全世界一片黑暗的时候,英特尔宣布投资70亿美金建立32纳米的晶体管厂,在英特尔2月份宣布这个决定时,美国总统奥巴马亲自打电话给英特尔的CEO,奥巴马总统对我们的CEO讲,在我就职典礼到现在,这是我听到的唯一一个正面消息。我们计划率先升级到32纳米,在第四季度时扩展到DEC工厂,再扩展到亚利桑那州32个工厂,第四座工厂是在32纳米升级完成之后,我们会回过头来在欧瑞嘉州再次升级,循环往复。 作为半导体工业来讲,成品率是非常重要的,我举个例子来说明一下我们在这方面面临的挑战有多难,我们在亚利桑那州的工厂时发现,本来做得好好的,突然成品率不断下降,一开始找不到原因,后来发现亚利桑那州的农民在农耕时施用化肥,污染了当地的空气,所以造成了我们产品成品率的下降,我们在大连的工厂还有一笔25亿美金的投资,这是在华跨国公司最大的一笔单一投资,现在我们还有一个问题,如何把每个工厂做到像世界各个工厂一样,完全复制。现在有一个问题,在大连的工厂外围浇花使用的是泔水,而不是干净的水,会不会对我们的工厂产生什么影响,这也是我们现在研究的问题。 从这张图形来看,我们一直在不断追求完善摩尔定律,2009年我们已经能够做到32纳米了,按照我们的计划,2011年我们做到22纳米,2013年16纳米、2015年11纳米,到11纳米时,两个晶体管之间的距离只有11纳米,相当于只有50个硅原子那么大。在45纳米时,可以做到45纳米的厂家就非常少了,做到32纳米的厂家屈指可数,到目前为止英特尔是唯一一个真正能把32纳米晶体管做出来的公司,再往下就更少了。再往下走,晶体管之间的距离只有50个硅原子那么大,这显然太大了,所以我们要找到其他的材料。还有一个,所有半导体无非是选择两种状态,我们现在在思考能不能用其他的方法表达这两种状态,比如我们可以不可以用自旋分子的旋转位置来表示0和1?0和1是二进制,在自然界里很多构成不见得是二进制,有没有其他非二进制的信号来处理? 我们认为互联网推动了无线宽带的实现,我们会坚定不移地朝着这个方向走下去。英特尔成立到今天已经有40多年了,过去40多年是英特尔不断创新的40年,是美好的40年,但不是最好的40年,因为对于一个创新者而言,最好的40年永远是下一个40年!
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