两大巨头你追我赶 处理器65nm时代提前来临

 　　半导体工艺技术日新月异。记得当年P3的末期，P3 Tualatin凭借着130nm的技术，让原本已经P3的性能再一次的爆发。不过好景不长，随着P4的上市，P3 Tualatin渐渐淡出市场。初期的Willamette核心P4性能表现并不优秀，甚至在一些方面还不如P3 Tualatin系列处理器，直到基于130nm的技术的Northwood P4出现，这才真正的发挥出P4的性能，到了后期90nm技术的 Prescott P4出现，将P4的极限频率再次再次提高一个层次。

　　然而由于NetBurst架构设计过于强调频率，所以到后期出现了功耗过大的问题。为了改变P4所留下的不良印象，基于65nm技术产品Core 2 Duo应运而生了。Core 2 Duo的到来标志着一个新的时代的到来，于此同时，为了追上主流的步伐，AMD也提前在今年的第四季度推出65nm技术的处理器。可以说在2006年，我们已经提前进入65nm时代。

　　预期的事情总是美好的，但事实却会遇到一些突发总结：

　　从英特尔和AMD所公布的路线图来看，在65nm工艺制成方面，英特尔已经遥遥领先AMD一年的时间，正当英特尔已经开始热卖65nm的今天，AMD突然出现65nm工艺的技术障碍，这不免让人担心，两者之间的差距是否只有一年时间尔已。

Intel与AMD制程时间对照表 

制程 　　　　AMD 　　　　　　Intel 

180nm工艺 　1999年第四季度 1999年第三季度 
130nm工艺　 2002年第二季度 2001年第三季度 
90nm工艺 　 2004年第三季度 2004年第一季度 
65nm工艺    2007年第一季度 2006年第一季度 

　　自180nm以来，英特尔与AMD的制程工艺时间日益增大，这客观的反映了做为芯片老大的英特尔在技术上占有巨大的优势，站在行业发展的前端，主导着处理器行业的发展。同时也暴露出了AMD在技术上的不足，由于自身实力的不足，导致了无论在产能上还是在技术上，都大大落后于英特尔。

　　在0.13um与90nm时代，人们曾一度怀疑摩尔定律是否已过时，因为当时面临的技术难题太多了。不过现在看来，这一疑虑似乎是多余的，英特尔的表现便证明了这一点。目前英特尔官方网站上为用户提供了大量CPU制造技术资料，但从AMD网站上很难看到这些。尤其是随着英特尔45nm SRAM测试芯片的完成，让我想到了正在迈入65nm工艺大门的AMD。

　　今年7月，英特尔新一代的Core 2 Duo处理器正式上市，标志着英特尔已经全面转向65nm制程产品，并且产能在不断的增加，而AMD方便即便最快也要到明年第一季度，65nm的制程产品才会真正的出现在市面上，时间上相差半年。

　　做为英特尔划时代的新一代产品，Core 2 Duo一直以来备受瞩目。在功耗及性能上都有着较大的优势，各项性能都优于目前市面上的处理器。桌面版的Conroe处理器较之前的双核处理器在性能上提升40%，而功耗则降低40%，一举撇除了“高频低能”的称号，即便是目前AMD所号称的高性能处理器所无法比拟的性能及功耗优势，力压风光已久的AMD K8处理器。

　　而移动平台的Merom处理器性能可比此前的产品提高20％，而耗电量相同；面向服务器的Woodcrest在性能提高80％的同时，耗电量可减少35％”(Rattner)。随着Core 2 Duo处理器的迅速普及，AMD原先优势尽失，再加上原本已有的产能问题，使得产品的性价比大打折扣。

　　英特尔在65nm技术上的成功，扭转了以往失利的局面。在英特尔众多产品的压制下，使得AMD不得不加速65nm的进度，以求能在短期追上英特尔65nm的普及步伐。但事实却并未能如AMD所愿，正所谓“欲速则不达”。此次AMD再次遇到技术上的难题，从侧面反映出了AMD在技术上的劣势。

　　功耗问题曾一度成为AMD打击英特尔的利器，让人感到有趣的是，此次AMD也正是在这个问题上被卡住了，技术上的不足使得AMD尚未量产的65nm工艺的芯片，在额定电压下无法获得应有的主频，只能通过提高电压来解决，但高电压会带来更大的功耗，这样一来会导致AMD在65nm产品上再次失利。纵观这几年，AMD跳票连连，如果这一问题没有的好很好的解决，如果此次65nm产品延迟发布，届时将会再次让众多玩家失望。

　　今年下半年，英特尔将会大力推广65nm产品，随着45nm工艺成熟，到了明年将会基于45nm工艺产品出现在市面上，如果现在AMD不奋力直追英特尔的65nm的普及步伐，那么当英特尔45nm时代的到来，AMD与英特尔之间的差距将会更加之大。事情，比如AMD就是如此。据来自INQ报道的最新报道称，目前AMD在的65nm工艺的芯片方面“遇到问题”。AMD尚未量产的65nm工艺的芯片，在额定电压下无法获得应有的主频，因此目前样品只能将电压从额定的1.1V提升到1.4V。

　　表面看来，这个问题似乎没有什么大碍，但一些稍微懂得微处理器原理的人士都可以知道其中的要害，功耗和电压成二次幂关系，进行简单的计算一下，(1.4 x 1.4)/(1.1 x 1.1)＝1.62，从这条简单的算式，其运算结果不免让我们感到意外，简单的说，目前在65nm工艺的芯片的产品中，AMD需要提高60％以上功耗才能获得需要的主频。这将让AMD难以再将“性能功耗比”作为自己的优势。

　　据之前AMD官方所发布的信息，AMD的65nm产品将在今年第四季度推出，并将在2007年下半年全线推出一系列的65nm产品。当然，距离65nm芯片最终亮相还有3个月时间，相信AMD能够及时找到解决方案，推出正常功耗的65nm处理器产品。如若不能够及时找到解决方案，那么可能不得不延迟发布，那样AMD将再次失利。纵观近年来，AMD因技术问题而最终导致产品跳票的事情连连，让不少用户倍感失望。此次又爆出65nm工艺的问题，不免让人担心是否跳票的。

　　其实，早在今年年初，英特尔便率先推出了基于65nm工艺的产品。而7月27日，具有划时代意义的Core 2 Duo正式上何谓65nm工艺？

　　相信不少人都经常听到诸如90nm、65nm、45nm等等制程工艺，那么这些数字的背后代表着什么呢？其实，我们经常说的90nm、65nm、45nm等等这些，都是指处理器核心当中每一个晶体管的大小。(nm英文全称nanometer，中文为纳米，又称奈米)

　　晶体管是构成处理器的重要部件。CPU工艺，简单来说，是在硅材料上制成晶体管，再覆盖上二氧化硅绝缘(SiO2)层，然后在绝缘层上布上制作金属导线(以往使用铝材料，不过现在主流是铜材料)，使各独立的“管子”连在一起成为能工作的单元。

晶体管大小的意义：

　　简单说来，晶体管越小，那么同一面积的硅晶芯片能容纳的晶体管也越多，性能由此得到提升。目前，晶体管的集成数量是衡量一个芯片性能的重要标志，所以在芯片业界，制造商们不引入新的技术，制造出更高集成度的CPU芯片。

　　随着晶体管数量越多，CPU芯片的尺寸变得越来越大，无论对制造成本、散热还是提高运行速度都相当不利，所以提升制造工艺便成了制造商们的共识。从另外一个角度说，采用先进的制造技术往往能让芯片拥有更出色的表现，使之在同行的竞争中取胜对手。

　　在过去几十年间，英特尔始终牢牢把握着这一项优势，几乎每年都投入大量资金用于设备的升级以及工厂的建造，所以无论是在0.25um、0.18um、0.13um还是90nm、65nm工艺，英特尔都遥遥领先对手。

新工艺的优势：

　　通常，为了获得更高的性能，厂商都会想尽办法来提高芯片的集成度。事实也证明了，随着时代的发展，同样面积的芯片内容纳的晶体管数变得越来越多。而这一切都为了进一步提升产品性能。

　　另一方面可以提升频率降低功耗。半导体芯片，若用先进工艺制造往往可以带来功耗的明显降低，而低功耗同时又意味着芯片的工作频率可以继续向上提升一个等级。AMD的Athlon XP就是因为工艺的一再升级，工作频率得到不断的提升，使其市场生命力长达5年之久，创下单个CPU架构的新纪录。

　　英特尔方面声称，300毫米晶圆及65纳米制程可有效降低单片制造成本，并可将产能大幅提升240%，而且300毫米晶圆制造技术也更加环保，除耗电量降低40%，有机化合物排放减少48%，纯净水使用量也减少约42%。

　　正是因为工艺的提升，能够从成本到性能等等诸多方面带来优势，所以目前众多芯片厂商都致力于工艺上的突破，英特尔与AMD这一对死对头的表现就很好的证明了这一点。

英特尔制程计划：

　　P1262是我们熟悉的采用90nm制造的Pentium 4处理器，第一批产品在2003年末出厂，典型代表是Pentium 4 Prescott。P1262延续了上一代Pentium 4的NetBrust(网络爆发)架构，在频率方面疯狂飙升，而且90nm工艺内有一些问题没有很好地解决。P1262计划预期达到的频率是4.0GHz，实际最后一款产品止步于3.8 GHz。

　　P1264是我们正在经历的时代，周期同样是2年。我们熟悉的产品是Core微架构的Conroe处理器，采用65nm工艺制造，功耗控制表现优秀，性能强大。

　　P1266是未来45nm工艺制造的处理器，它将从2007年持续到2009年，产品的名称和型号未知。然后由32nm工艺的P1268接替P1266。

英特尔65nm工艺新技术特性：

改进型应变硅技术

　　所谓应变硅，指的是一种仅有1.2nm厚度的超薄氧化物层，利用应变硅代替原来的高纯硅制造晶体管内部的通道，可以让晶体管内的原子距离拉长，单位长度原子数目变少，当电子通过这些区域时所遇到的阻力就会减少，由此达到提高晶体管性能的目的。

　　改进型应变硅技术，这种独特的技术拉伸了硅原子的晶格结构，允许电子更快流动，同时更进一步减小了阻抗。

　　应变硅技术的着眼点并非降低功耗，而是加速晶体管内部电流的通过速度，让晶体管获得更出色的效能。在65nm工艺中，英特尔决定采用更先进的第二代高性能应变硅，该技术可以让晶体管的激励电流进一步提升到30%，优于90nm工艺中的第一代应变硅。

Low K互连层技术8层铜互连

　　随着电路板蚀刻精度越来越高，芯片上集成的电路越来越多，信号干扰也就越来越强，IBM开发、发展一种新的多晶硅材料，于是Low K技术出现了。这里的“K”就是介电常数，Low K就是低介电常数材料。Low K材料帮助解决了芯片中的信号干扰问题。使用低介电常数的材料来制作处理器导线间的绝缘体。可以很好地降低线路间的串扰，从而降低处理器的功耗，提高处理器的高频稳定性。

　　每一个芯片可以容纳的个不同的逻辑电路层数，叫做互连层数。层数越多，芯片占据的面积就越小，成本越低，但同时也要面对更多的技术问题。在这65nm工艺中，英特尔用上了“带有Low k绝缘层的8层铜互连”。更多的互连层可以在生产高集成度晶体管的CPU时提供更高的灵活性。

晶体管睡眠技术

　　晶体管睡眠技术允许一些不会被调用的晶体管暂时处于休眠状态，当再次被调用时，它们可以立刻恢复动力，这一功能节省了大量电能。

　　CPU的缓存单元从来都是发热大户，尤其是二级缓存占据晶体管总量的一半不止、对功耗的“贡献”也极为可观。为了降低大容量缓存带来的高热量，英特尔为其65nm SRAM芯片中引入了全新的“睡眠晶体管”功能，当SRAM内的某些区域处于闲置状态时，睡眠晶体管就会自动切断该区域的电流供应，从而令芯片的总功耗大大降低。

耗尽型衬底晶体管(depleted substrate transistor，DST)

　　随着晶体管的缩小，门泄漏快速上升问题，SOI(Silicon on Insulator，绝缘层上覆硅)技术便应运而生了。

　　在2000年“GHz时代”来临时，曾一度采用SOI技术，因为这种技术耗电量低，电容量小，并将使用SOI作为完成未来“THz晶体管”的主要工具，但由于成本太高，在第二年放弃了。不过对手AMD在IBM的帮助下成功地在Athlon 64产品中使用了SOI技术，这时的SOI使得晶体管的成本虽提高近10%，但AMD的晶体管数目不及英特尔，这种成本提升在它的身上体现得没有英特尔明显。

　　而现在耗尽型衬底晶体管(depleted substrate transistor，DST)的技术，实际上是SOI技术的变形，相比SOI技术其做了一些改动来消除它的主要缺点.

65nm的现状

市场状况：

　　早在2005年，英特尔便第一次生产出了65nm工艺成品CPU，随着今年的7月Core 2 Duo处理器的上市，英特尔产品可以说已经基本过渡到了65nm工艺，实现了90nm与65nm的“制造接替”。目前消费者已经可以相当方便的购买到基于65nm工艺的英特尔处理器。向来与英特尔势不两立的AMD，目前65nm工艺产品仍在研发当中，尚未有成品上市，距较早前的消息称，AMD将在今年第四季度推出65nm制程工艺的新一代处理器。可以说，目前65nm市场仍是英特尔的天下。

生产线、产能：

英特尔：

　　英特尔对65nm工艺技术的部署相当快速，目前已拥有三个65nm工厂，在制造方面达到了一个重要的里程碑。在制造能力上取得跨越，这意味着英特尔目前生产的PC和服务器微处理器中，一半以上都是采用这种业界领先的制程技术生产出来的。

　　今年6月份，英特尔公司位于位于爱尔兰Leixlip的“Fab 24-2”正式开张，这是英特尔第三间65nm工厂。另外两座65nm工厂均位于美国本土，分别是俄勒冈州Hillsboro的“D1D”和亚利桑那州Chandler的“Fab 12”，前者同时也是Intel的研发基地，后者则是近期才升级到65nm。其实早在今年3月份之前，“Fab 24-2”就已经开始利用65nm工艺生产300mm晶圆。

　　目前英特尔拥有的六大芯片工厂(从事12英寸晶圆制造)，12英寸晶圆芯片工厂的数量愿意超出了任何一个竞争对手，其主要的对手AMD仅在去年10月份才刚刚新建了第一个12英寸晶圆芯片工厂，而与此同时英特尔已经开设计划建造另外三个芯片工厂，每个工厂的造价预计在30亿美元到40亿美元之间。基于这些工厂生产出来的更大面积晶圆，英特尔可以制造出更多的芯片，从而节省成本、时间和资源。

　　英特尔在保持65nm技术领先的同时，也开始积极向45nm制程冲刺。位于亚历桑那州Chandler的另一座全新12吋晶圆厂“Fab 32”也已开始兴建，造价为30亿美元，预计将从2007下半年开始以45纳米制程技术生产微处理器。此外，位于以色列南部城市Kiryat Gat，总投资额达40亿美元的英特尔新厂“Fab 28”，目前已经动工，这将是将是英特尔第二个使用45纳米制造工艺的芯片生产厂。同时，英特尔还将投资15亿美元为另外一个在以色列的工厂“FAB 18”进行升级改造。

　　英特尔计划用两年左右的时间转入45nm工艺，相应的产品是Core架构的Penryn和新架构的Nehalem；2010年进军32nm工艺，具体产品为过渡型的Nehalem C和六年内的第三代架构Gesher。

　　目前英特尔出货的处理器中50％以上都采用65nm工艺，随着生产线转向65nm工艺，近期英特尔也宣布了部分采用90nm的处理器即将停产，可见，在今年年底90nm产品将会被彻底取代。

AMD：

　　跟英特尔相比，AMD一直差距很大。自AMD在成立以来，产能为题一直是其最大的困扰。到了上世纪90年代，AMD开始形成相对固定的建厂模式，就是以5年左右为一个周期去建造一个新厂。所以AMD与英特尔的产能悬殊相当大。

　　目前AMD主要的晶圆工厂是Fab 30和Fab 36，两个工厂都位于德国德累斯顿。

　　Fab 30在1996年10月动工，到了98年5月竣工，2000年实现了量产。Fab 30主要生产基于200mm晶圆的芯片。该工厂原设计产能为每月2万片晶圆，但迫于需求，目前该工厂以150%的超负荷生产。目前Fab30生产K8处理器，2004年完成90nm SOI工艺；2005年第二季度开始投产双核处理器。引人瞩目的Opterons和Athlon 64 X2处理器正是由Fab 30负责。

　　Fab 36从2003年11月开始建设，2004年12月1日开始具备生产能力。从2006年上半年开始，AMD的Fab36开始向客户交付产品。Fab36是AMD第一座具备300mm晶圆生产能力的工厂。2007年，AMD将投资25亿美元在Fab36的建设上。AMD计划在Fab36投产65nm。

　　此外，据消息称，AMD将在德国建设第三间晶圆工厂，以缓解产能不足的难题。另外，AMD 公司已经与纽约州政府签订了一项非约束性协议，它将投资32亿美元在Saratoga Springs兴建一座芯片制造工厂。新的芯片制造工厂的建筑面积为120 万平方英尺，占地200英亩，位于Luther Forest 科技园。新芯片制造工厂将采用0.032 微米工艺，但AMD 必须在2008年中期推出0.045 微米工艺。

　　除了Fab 30和Fab 36两大晶圆工厂工厂外，AMD还在中国苏州、马来西亚槟城、泰国曼谷及新加坡等等地方建设有芯片封装测试工厂。

英特尔、AMD路线图

英特尔：

　　根据这份蓝图，Core 2 Duo处理器在明年第一季度将占据英特尔全部CPU出货量的35%。

　　根据蓝图显示，7月27日之后，双核心Core处理器将全面取代单核心处理器，Core 2 Duo处理器将成为英特尔桌面旗舰产品，Woodcrest将帮助Intel在2007年夺回企业服务器处理器市场。这也表明了，Core 2 Duo发布之后，英特尔将会更大力的推广65nm制程的处理器。

　　最新蓝图也证实Kentsfield的存在，它是英特尔第一款四核心桌面处理器，它将作为一款“Extreme”处理器，在明年第一季度发布，英特尔还没有为它制定正式名称。AMD也将在明年发布四核心桌面处理器K8L。

AMD：

　　日前AMD发布了最新的CPU路线图，AMD将在今年引入65nm工艺，并首度透露下一代K8L微架构处理器将于2008年面市。

　　2007年第一季度，Brisbane核心的Athlon 64 X2系列处理器推出，该核心处理器将首次采用基于65nm工艺制程，推出的型号有，Athlon 64 X2 3800+、4200+ 和4600+；07年第二季度，AMD推出65nm工艺的Athlon 64 X2 5000/5200+处理器；Athlon 64 X2 5400处理器将于第三季度推出，这些处理器的TDP功率都是65W。

　　AMD将会在07年第二季度面向低端市场推出基于65nm的Sempron 4000+，3800+，3600+，3500+和3400+，而65nm的Sempron 4200+将会在第三季度推出，到时将会有90nm和65nm的Sempron共存的局面。

　　高端方面，2007年第三季度 AMD将会推出Athlon 64 FX-66，主频将会达到3.2GHz，其他规格不变，比较遗憾的是其并未使用65nm的制造工艺。

　　通过路线图可看出，AMD其将会有多款新产品推出，并会引入65nm的工艺制程。不过AMD在采用65纳米制造工艺初期，可能将先用来量产入门级产品，以保证产品质量。至于价格昂贵的高端产品，可能还将继续沿用旧有的90纳米制造工艺。

总结：

  从英特尔和AMD所公布的路线图来看，在65nm工艺制成方面，英特尔已经遥遥领先AMD一年的时间，正当英特尔已经开始热卖65nm的今天，AMD突然出现65nm工艺的技术障碍，这不免让人担心，两者之间的差距是否只有一年时间尔已。

Intel与AMD制程时间对照表 

制程           AMD             Intel 
180nm工艺   1999年第四季度  1999年第三季度 
130nm工艺   2002年第二季度  2001年第三季度 
90nm工艺    2004年第三季度  2004年第一季度 
65nm工艺    2007年第一季度  2006年第一季度 

　　自180nm以来，英特尔与AMD的制程工艺时间日益增大，这客观的反映了做为芯片老大的英特尔在技术上占有巨大的优势，站在行业发展的前端，主导着处理器行业的发展。同时也暴露出了AMD在技术上的不足，由于自身实力的不足，导致了无论在产能上还是在技术上，都大大落后于英特尔。

　　在0.13um与90nm时代，人们曾一度怀疑摩尔定律是否已过时，因为当时面临的技术难题太多了。不过现在看来，这一疑虑似乎是多余的，英特尔的表现便证明了这一点。目前英特尔官方网站上为用户提供了大量CPU制造技术资料，但从AMD网站上很难看到这些。尤其是随着英特尔45nm SRAM测试芯片的完成，让我想到了正在迈入65nm工艺大门的AMD。

　　今年7月，英特尔新一代的Core 2 Duo处理器正式上市，标志着英特尔已经全面转向65nm制程产品，并且产能在不断的增加，而AMD方便即便最快也要到明年第一季度，65nm的制程产品才会真正的出现在市面上，时间上相差半年。

　　做为英特尔划时代的新一代产品，Core 2 Duo一直以来备受瞩目。在功耗及性能上都有着较大的优势，各项性能都优于目前市面上的处理器。桌面版的Conroe处理器较之前的双核处理器在性能上提升40%，而功耗则降低40%，一举撇除了“高频低能”的称号，即便是目前AMD所号称的高性能处理器所无法比拟的性能及功耗优势，力压风光已久的AMD K8处理器。

　　而移动平台的Merom处理器性能可比此前的产品提高20％，而耗电量相同；面向服务器的Woodcrest在性能提高80％的同时，耗电量可减少35％”(Rattner)。随着Core 2 Duo处理器的迅速普及，AMD原先优势尽失，再加上原本已有的产能问题，使得产品的性价比大打折扣。。

　　英特尔在65nm技术上的成功，扭转了以往失利的局面。在英特尔众多产品的压制下，使得AMD不得不加速65nm的进度，以求能在短期追上英特尔65nm的普及步伐。但事实却并未能如AMD所愿，正所谓“欲速则不达”。此次AMD再次遇到技术上的难题，从侧面反映出了AMD在技术上的劣势。

　　功耗问题曾一度成为AMD打击英特尔的利器，让人感到有趣的是，此次AMD也正是在这个问题上被卡住了，技术上的不足使得AMD尚未量产的65nm工艺的芯片，在额定电压下无法获得应有的主频，只能通过提高电压来解决，但高电压会带来更大的功耗，这样一来会导致AMD在65nm产品上再次失利。纵观这几年，AMD跳票连连，如果这一问题没有的好很好的解决，如果此次65nm产品延迟发布，届时将会再次让众多玩家失望。

　　今年下半年，英特尔将会大力推广65nm产品，随着45nm工艺成熟，到了明年将会基于45nm工艺产品出现在市面上，如果现在AMD不奋力直追英特尔的65nm的普及步伐，那么当英特尔45nm时代的到来，AMD与英特尔之间的差距将会更加之大。