性能提升功耗降低 22納米3D晶體管詳解

雨．歡

　　摩爾定律的延續　　22納米3-D三柵極晶體管工藝。可能很多人還不明白這項技術的意義所在，在詳細解析之前，我們需要瞭解這樣的事實：摩爾定律的延續和22納米3-D三柵極晶體管工藝是聯系在一起的，可以說22納米3-D三柵極晶體管工藝的發明是摩爾定律繼續延續下去的巨大動力。當然，這次英特爾發佈產品的時間點是4月底——英特爾往年的新品發佈總是在每一年的1月，這也是其中一個不尋常的元素。 　　對於絕大部分用戶來說，新品發佈之後很難第一時間就使用上，所以我們精心準備瞭產品正式發佈時的測試，其中將包括以Ivy Bridge為核心的第三代智能英特爾酷睿處理器的性能測試和相應對比，以及本次英特爾全新發佈的Z77芯片組的相關信息，希望我們的文章能讓用戶對第三代智能英特爾酷睿處理器及其配套平臺有一個相對完整的認識。◇ 最新一代的智能英特爾酷睿　　每一代處理器發佈之後都要在市場上經歷一段新老交替的過程，而這段過程對於新產品來說是一個必然的過渡，而對於消費者來說就完全不是那麼回事瞭，因為選擇過多而自身又沒有相應的瞭解，這就導致很多消費者完全無法決定自己的購買取向，所以廠商才會用新型號來命名新的產品，以便讓消費者瞭解到足夠的信息，從而根據自己的喜好來購買產品。　　當然，英特爾方面也有相應的對策，現在回顧當初的第一代和第二代智能英特爾酷睿處理器產品，我們就能發現不同代的產品型號還是有著非常大的不同的。雖然目前的三代產品都沿用瞭i3、i5和i7的產品前綴，但它們的後綴型號數字卻有明顯區分，第一代產品的後綴為三個數字，比如Core i5 750——Core代表其是產品品牌（酷睿）、i5代表其所處的產品定位、而最後的750則才是具體型號的代碼；第二代產品的後綴型號數字編號則變為四個數字，比如Core i5 2300——Core代表產品品牌（酷睿）、i5代表產品定位、最後的2300則代表具體型號代碼。下面的表格可以清楚看到第一代和第二代之間的區別：
[img]http://images.enet.com.cn/cimg/2012/0528/c_1338199599_1.png" width=500 height=376>首批發佈的第三代智能英特爾酷睿處理器　　第三代智能英特爾酷睿處理器的型號定位和第一代第二代產品又有不同，就用我們本次測試的產品來說，Core  3770K，其中的Core當然是酷睿產品品牌的名稱，而i7則表示其所處的產品定位是酷睿中的i7高端系列，而3770則是產品的型號編碼，K則代表瞭這款產品在同為3770編號的產品中處於最高產品系列。　　所以對於用戶來說，如果想要購買第三代智能英特爾酷睿處理器主要看的就是最後的數字編號，第三代智能英特爾酷睿處理器的編號是以3作為起始的，所以認準3XXX就可以瞭，當然，也還是需要加一個限制，型號編碼目前必須低於3800——3800以上的產品目前采用的是Sandy Bridge-E核心。 拯救摩爾定律：3D三柵極晶體管

◇ 拯救摩爾定律：3D三柵極晶體管　　從2011年英特爾宣佈22納米3-D三柵極晶體管工藝被正式研發成功之後，人們就在討論關於3-D三柵極晶體管的技術問題，很多人可能並不瞭解3-D三柵極晶體管的結構，也不知道22納米3-D三柵極晶體管相比之前普通2D晶體管到底有什麼優勢，那麼正值第三代智能英特爾酷睿處理器發佈之期，我們就來瞭解一下22納米3-D三柵極晶體管的結構和特點。
[img]http://images.enet.com.cn/cimg/2012/0528/c_1338199599_3.jpg" width=500 height=375>晶圓電路直接立起來　　大傢都學過，的基礎語言其實就是0和1的代碼構成，最原始的計算機是用打孔的形式來表示0和1的區分，打孔代表1、未打孔則代表0，這就構成瞭電腦的底層語言，而晶圓電路的原理其實也是一樣的，單個電路開關允許電流通過就是1、不允許電流通過就成為0，這樣的開關模式也就是最初的機器碼，當然相比最初的紙帶來說，晶體管作為機器碼的載體確實已經小到瞭極致。[img]http://images.enet.com.cn/cimg/2012/0528/c_1338199599_4.jpg" width=500 height=340>3-D晶體管顯微圖　　3-D晶體管代表著從2-D平面晶體管結構的根本性轉變。實際上科學傢們早就意識到3-D結構對延續摩爾定律的重要意義：因為面對非常小的設備尺寸，物理定律成為晶體管技術進步的障礙。3D的架構則意味著平面到空間的轉換，以線動成面、面動成空間的基本常識來說，3-D晶體管可以看做是一種晶體管架構的大幅度進化。/SPAN H23-D三柵極晶體管普及/H2◇ 3-D三柵極晶體管普及　　22納米有多大？這是個好問題，首先我們必須搞清楚納米的概念是什麼，讓我們做一個簡單的換算：1米=1000毫米，1毫米=1000微米，1微米=1000納米，也就是說1納米就等於把1毫米縮小100萬倍。這是怎樣的概念？也就是100萬納米才等於我們在尺子上所看到的最小刻度。　　用原子作為參照物來看，1納米相當於原子半徑的四倍，所以22納米的大小，用肉眼是不可能觀察到的。我們的計算機核心處理器正是由22納米的晶體管構成的，用Ivy Bridge來舉例：14億個晶體管才能構成我們所見到的Ivy Bridge單顆晶圓。既然說到瞭面積，那麼我們就從面積來看22納米相對於32納米的進步。BR style=[/img]22納米和32納米的面積對比　　我們在上圖中可以看到22納米和32納米之間的面積對比，22納米明顯比32納米要小很多，這意味著英特爾在設計晶圓的時候能夠用更小的面積實現更龐大的晶圓電路，從而讓性能提升的同時降低芯片體積。　　在同樣的芯片面積中22納米工藝設計的電路無疑會比32納米更加復雜，而同樣的，如果兩者之間采用同樣的電路設計，那麼22納米工藝無疑會比32納米的體積更小，同時由於工藝的原因，22納米帶來的電能消耗也會更低——因為22納米的漏電現象會比32納米改良很多。Ivy Bridge核心晶圓　　放到設計端來看，22納米允許設計者將更復雜的電路縮小到跟原來同樣的體積，而同樣的，如果要實現跟原來等同的性能，那麼隻需要比此前小40%的電路面積就能實現，對於設計者來說，這無疑是給瞭他們很大的設計空間或餘地。3-D三柵極晶體管的電流控制是通過鰭狀物三面的每個（柵極）通道，這樣設計可以保證提供更多的電流控制通道，可以使晶體管在開啟狀態下通過更多的電流，在關閉的狀態下盡可能讓電流接近於零，而22納米工藝明顯能讓單位面積中容納更多的晶體管電路，這樣一來就能實現降低功耗的同時提高性能的目的。/SPAN H222納米晶圓確實不一般/H2◇ 22納米晶圓確實不一般　　上一章節所說的型號實際上隻是英特爾為瞭讓消費者清楚區分產品的一種代號罷瞭，類似於我們的姓名代號，誇張來說型號的意義就是這樣單純，而實際上我們每個人除瞭姓名之外還有內在的思想，這才是人與人之間最大的區別，當然，除瞭型號之外，產品本身的深層內涵才是第三代智能酷睿和之前產品最大的不同之處，放在第三代智能英特爾酷睿處理器上就是它的內在構造。　　第三代智能英特爾酷睿處理器是建立在22納米3-D三柵極晶體管技術的基礎之上的，或者換句話說它采用的是22納米3-D三柵極晶體管設計。其實從兩代處理器的晶圓中我們也同樣能看到兩代產品之間有明顯不同。BR style=[/img]Sandy Bridge的芯片Ivy Bridge的芯片　　從上面的兩張圖中我們可以很明顯地看到第二代智能酷睿和第三代智能酷睿晶圓芯片之間的差別，其實讓人一眼就可以看出來的就是兩者的核芯部分瞭，以Sandy Bridge為核心的第二代智能酷睿處理器的核芯顯卡部分要比以Ivy Bridge為核心的第三代智能酷睿處理器的核芯顯卡部分小瞭很多。[img]http://images.enet.com.cn/cimg/2012/0528/c_1338199599_7.jpg" width=500 height=375>Ivy Bridge的整塊晶圓　　兩代智能酷睿處理器的 Core部分看起來架構非常相似，這也和英特爾的Tick-Tock完全吻合——工藝年的Ivy Bridge在Core架構上不會有太大的變動，而核芯顯卡部分的巨大改進已經稱得上是意料之外的驚喜瞭。 22納米為核芯顯卡帶來巨大提升空間

◇ 22納米為核芯顯卡帶來巨大提升空間　　拋開那些繁雜的測試數據，讓我們回歸到最簡單的規格上。其實僅從規格來看，HD4000核芯顯卡的進步就是明顯的。上一代最高端的HD3000核芯顯卡設計有12個EU渲染單元，而新的HD4000則采用瞭16個EU渲染單元的設計，僅僅是EU的設計就讓HD4000擁有瞭絕對的優勢。當然，22納米3D三柵極晶體管技術的發明也讓英特爾能有足夠的空間來讓核芯顯卡部分變得更加強大。
[img]http://images.enet.com.cn/cimg/2012/0528/c_1338199599_13.jpg" width=500 height=375>Ivy Bridge型號及參數　　從微架構上來看，第二代智能英特爾酷睿處理器的晶體管數量是9.9億，而第三代智能英特爾酷睿處理器的晶體管數量則達到瞭14億之多，其中增加的晶體管數量絕大部分被增加到瞭核芯顯卡當中，在前面我們就說過HD4000核芯顯卡的渲染單元相比HD3000增加瞭不少，而HD4000核芯顯卡在核心架構方面也領先於HD3000核芯顯卡，因此其晶體管數量的增加也就不難令人理解瞭。Ivy Bridge的芯片中核芯顯卡面積比例遠超上一代　　當然，需要著重提出的還有HD4000核芯顯卡對DirectX接口支持方面的升級，之前的HD3000和HD2000系列核芯顯卡隻提供瞭DirectX 10.1接口的支持，而HD2500和HD4000核芯顯卡則都提供瞭對DirectX 11接口的支持，這同樣是一個非常不錯的改進。在下面的內容中，我們將通過測試來讓用戶瞭解新老兩代核芯顯卡之間的性能差異。

hillmen

加油！樓主，謝謝分享

weltergf

第一次來這論壇..

一心

這年頭，分不好賺啊

easonchan

要不我崇拜你?行嗎?  

砵仔糕

天天尼伊達，快樂似神仙

一心

不錯啊! 一個字牛啊!

kengtr

這個論壇常常都會有一些新鮮的玩意！

a_c_e06

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阿迅

小心大家盯上你哦