Intel 32nm工艺专题：70亿美元铸就新辉煌

70亿美元……

这就是Intel准备在2009-2010年间为32nm工艺投入的规模，而且只是在美国本土的。如果再算上此前的投资，到明年底总计将达到80亿美元左右。在经济危机蔓延、各大企业纷纷亏损裁员的情况下，Intel的雄厚底蕴和实力尤为显眼。

陆续上马32nm工艺的Fab晶圆厂有四座：俄勒冈州的D1D已经开始试产，临近的D1C将在今年第四季度正式投产，亚利桑那州Fab 32和新墨西哥州Fab 11X会在2010年跟进。

接下来我们就从生产工艺和处理器规划两方面看看Intel的32nm会给我们带来什么惊喜。

第一部分：从晶体管制造层面看32nm工艺

虽然Tick-Tock模式是最近几年才提出来的，但事实上从1989年开始，Intel的生产工艺就开始了两年升级一次的发展模式。2005年的P1264 65nm (Core)已经基本被淘汰，2007年的P1266 45nm (Penryn)早已全面普及，今年就轮到P1268 32nm (Westmere)了，之后就是2011年的P1270 22nm (IVY Bridge)和2013年的P1272 16nm。

另外Intel对SoC(片上系统)越来越重视，甚至为其准备了单独的制造工艺，在45nm时代内部编号P1266.8，已发布的Canmore CE 3100媒体处理器和下一代Moorestown Atom用的就是这种工艺。到了32nm和22nm时代，SoC工艺编号分别为P1269和P1271。

虽然硅半导体工艺极限问题已经谈论了很多年，但至少在Intel的路线图上，我们还看不到尽头。

到了65nm的时候，栅极介质的厚度已经只有1.2nm(大约相当于五个原子)，这时候Intel发现继续缩小的话就无法再控制漏电率了，于是将栅极材料从二氧化硅改成了基于铪的High-K型(具体构成属于商业机密)，厚度仅有1.0nm，同时栅极电极也换成了金属。这两项技术合起来通常被简写作“HK+MG”。

下一步的32nm工艺会把High-K介质和金属栅极技术发展到第二代，还有第四代应变硅技术，可将晶体管体积缩小大约30％，栅极厚度也再次薄到0.9nm，特别是Intel还会在关键层上首次使用沉浸式光刻技术，类似AMD在当前45nm工艺上的应用。

Intel还声称，从45nm到32nm可带来超过22％的性能提升。

这22％的指标是哪儿来的？根据NMOS、PMOS晶体管泄漏电流和驱动电流的对比，32nm的能效相比45nm会有明显提高，要么能在同样的漏电率下提高晶体管速度(14-22％)，要么能在同样的速度下降低漏电率(5-10倍)。

每次投产新工艺之前，半导体厂商都会在使用SRAM进行测试，而Intel的第一颗32nm SRAM芯片在2007年9月就已经完成，晶体管数量超过19亿个，单元面积0.171平方微米，容量291Mb，运行速度4GHz。

每一轮工艺升级，SRAM芯片的面积都会减小一半，比如在45nm时代是0.346平方微米(AMD的是0.370平方微米)。

我们之所以今天就能领略到Intel 32nm工艺的风情，一个关键原因就是其成熟度已经相当高。下边这张缺陷密度图就显示了90/65/45/32nm工艺单位面积硅晶圆上缺陷数量随时间的变化趋势，也只有曲线降低到一定程度之后才可以批量投产。看看32nm的曲线就很明显了。

第二部分：细看32nm工艺处理器家族

就像精准的时钟一样，Intel的Tick-Tock模式已经稳步走过了三大步：2006年7月的65nm Core Conroe－Tock、2007年10月的45nm Penryn－Tick、2008年11月的45nm Nehalem－Tock。接下来的32nm Westmere就是另一次Tick了，也就是以升级工艺为主，核心架构变化不大；再往后是同样32nm的Sandy Bridge，届时又会带来新的架构技术。

随着产品线的丰富，我们要面对的开发代号也是越来越多。在当前的45nm时代主要有一下六个部分：

高端桌面是四核心Bloomfield Core i7，LGA1366接口，也是唯一已经发布的产品；

主流桌面是四核心Lynnfield，LGA1156接口，下半年发布；

笔记本领域是四核心Clarksfield，mPGA-989接口，下半年发布；

单路服务器是四核心Lynnfield，LGA1156接口，下半年发布，和桌面版其实一样；

双路服务器是四核心Nehalem-EP，LGA1366接口，源于Core i7，上半年发布；

四路服务器是八核心Nehalem-EX，LGA1567接口，下半年发布。

此前针对低端桌面和笔记本的双核心Havendale、Auburndale都已经被取消，Intel会直接推出32nm版本。

32nm时代依然会有上述六大部分，目前已经公布的四部分是高端桌面六核心Gulftown(明年上半年)、主流桌面双核心Clarkdale(今年第四季度)、笔记本双核心Arrandale(今年第四季度)、单路服务器双核心Clarkdale(明年)，双路和四路服务器代号还处于保密阶段。

由于的是，除了高端桌面核心数从四个增加到六个，另外三部分都是从四核心减半到了双核心，新的桌面四核心要等到2010年的32nm Sandy Bridge。

除了首款六核心型号，32nm Westmere家族里另外值得特别关注的就是将会首次集成图形核心的Clarkdale和Arrandale。它们都将采用多芯片封装(MCP)形式，基板上都有两个核心(Die)，其中较小的微处理器部分采用32nm工艺制造，不过较大的图形核心部分(还有内存控制器)还是使用45nm，可以看作原来的北桥芯片。

两部分都采用32nm还要等到2010年的Sandy Bridge才会实现。

再看看新的指令集。和Penryn引入了SSE4.1类似，Westmere相比于Core i7将加入七条新指令集，其中六条AES用于加密、解密算法的加速，还有一条是Carryless乘法指令(PCLMULQDQ)。

因为从Nehalem到Westmere主要就是改进工艺，不涉及核心架构，所以在接口和平台上没有变化，其中芯片组方面Gulftown可用在X58上，Clarkdale兼容5系列，Arrandale支持5M系列。当然了，按照Intel芯片组主板的一贯趋势，现在购买的主板基本不可能在今后支持32nm处理器(能支持最好)。

除了X58平台还是处理器、北桥和南桥三部分，其他5系列芯片组加上处理器都改为双芯片设计，其中图形核心(iGFX)和内存控制器都转移到处理器内部，原本属于南桥的输入输出功能则放置在北桥里。

下边就是4系列和5系列芯片组的架构对比图：