主题：【原创】谈谈中国的集成电路产业——历史变迁和产业概述 -- cmosplay

所以，来论证我们的观点，我们必须要施展一下魔法，需要通过三个步骤实现。我们文章的第一部分称为"展望"，这是我们写文章的常规做法：谈论一下CPU的构架。相信任何一个编辑团队都能胜任这项工作。第二步叫做"转折"，我们用正常的文章来做一些不同寻常的事情。在这一部分里我们着重讨论芯片生产工艺的细节以及移动CPU芯片的历史。能够胜任这项工作的编辑团队则不是很多。

　　现在，你一定想知道我们的终极杀绝招。此刻，也许你仍然不相信英特尔具备这样的能力。这是因为你没有看到事情的关键之处，而原因也很简单，因为你根本不知道要从哪里才能看到这些关键细节。或许你根本就不想了解。你傻乎乎的坐在那里等着别人来忽悠你，但是请先不要急于鼓掌，因为写文章讨论一下CPU构架，芯片生产工艺以及移动图形芯片并算不上什么了不起的本事。这也正是为什么每一个魔法需要一个终极绝招，最难习得的技法，而这正是我们所说的第三步"致命魔术"。

转折点：生产工艺

　　ARM在移动市场所向披靡的原因是，至今英特尔都不能够展示低功耗的移动系统级芯片解决方案。在移动世界里，大肆宣扬让人印象深刻的性能功耗比数值是远远不够的。实际上智能手机生产厂家必须要让自己的产品能够至少持续一天的通话时间以及更长的待机时间，这样的标准可以说才算产品能够正常工作。伴随着Medfield的发布，英特尔至少向我们展示了其具备生产能与ARM构架一决高下的移动芯片的技术能力。正如英特尔自己所说的那样，Medfield至少为公司在移动市场占据了一席之地。

　　读者一定听说过许多有关ARM和x86构架的各种优缺点的讨论。的确，ARM和高通在低功耗方面取得了更多的成功。在Medfield发布之前，人们根本不确定这些采用ARM构架的产品的功耗优势有多明显，现在我们可以说他们领先了英特尔四年之久。因为英特尔在发布Atom之后正是花费了四年之久才研发了一款能够与ARM抗衡的产品。

　　但是，在接下来的三年之内又会发生什么呢？现在的情况是英特尔的Medfield达到了与目前已经上市ARM移动芯片的水平。所以我们必须要拿下一代产品进行比较。在前面的讨论中，我们已经提及ARM和高通在提升CPU核心性能方面所面临的挑战正如英特尔在降低芯片功耗方面遭遇的挑战一样多。

　　我们可以很客观的评价移动芯片厂商在生产工艺方面的优劣。英特尔拥有半导体行业最优秀的工厂，这使得其能够与采用在K6，K7构架的AMD的竞争中胜出。而当AMD在采用了成功的K8构架核心的时候，先进的生产工艺使得英特尔至少能够得以维持自己的市场地位。Medfield采用了32纳米制程的生产工艺与ARM解决方案相比已经很有竞争力。而英特尔的下一步计划则是生产工艺提升到22纳米的3-D三栅极晶体管。这实质上是代表着生产工艺的两次进步。英特尔在生产工艺提升方面从未失手过，并且很快英特尔会在Ivy Bridge处理器生产过程中积累丰富的经验。如果公司按照目前的态势发展，那么英特尔的芯片生产工艺领先对手18个月左右的时间。竞争对手出货28纳米生产工艺的芯片时，英特尔则会采用22纳米工艺的芯片。而竞争对手全面采用3-D三栅极晶体管的时间则会更长。这些工艺的优势能够使得英特尔再降低20-30%的功耗。

　　High-K/金属栅极

　　基于ARM构架的厂商目前正在逐步让移动芯片的生产工艺采用High-K/金属栅极。除了英特尔和三星之外，其他的厂商则要依靠如IBM，Globalfoundries和台积电的芯片工厂生产芯片。三星建造了自己的芯片生产工厂同时也为其他厂商代工。

　　高通与Globalfoundries签署了合同，让后者为其生产采用28纳米工艺的移动系统级芯片。而Globalfoundries 28纳米工艺师采用的"先栅极"（"gate-first" high-k/金属栅极 技术。）IBM和三星也会如此。除非20纳米微影技术出现，否则他们都不会采用"后栅极"（gate-last）。台积电（可能为苹果A6处理器代工）虽然在不久的将来也会采用"后栅极"方案，但是英特尔已经领先其他竞争对手提前采用了。

　　先栅极能够增加芯片管芯密度，能够大幅提升产品性能。但是产品良品率则不高，在生产过程中成品率较低。而Gate-last则是能很好的保证产品生产的良品率。但是对产品设计的要求会更高。英特尔在2007年就开始出货采用Hign-K的Penryn处理器。Globalfoundries直到2011年还没有成功的量产Hign-K的芯片。

　　英特尔选择Gate-last是不会错的。这在其 Penryn, Nehalem和Sandy Bridge构架产品中得以验证。 高通选择gate-first则可能是错误的。 Globalfoundries有一条采用gate-first为AMD生产APU的生产线。坏消息是，据AMD第三季度的财务报表显示，产品良品率一直未达到预期效果，从而导致了公司的营收也未达到预期。

　　英特尔领先两步

　　重要的是，据公司负责研发的高级副总裁透露台积电决定采用"后栅极"工艺的想法由来已久。导致采用"先栅极"工艺良品产出率不高的部分原因是由于这种技术需要厂商精确的控制台Vt门限电压，这是因为Nmos管道与Pmos管道使用相同的金属。而这个问题已经困扰半导体行业20余年之久。但是采用"后栅极"工艺则不需要复杂的工艺来控制电压，因为Pmos管道的金属栅极与N管道的不同。尽管这种技术管芯密度没有"前删级"工艺高，但是良品产出率却很高。很明显，最容易让人失去市场的是产品迟迟不能上市。（因此良品产出率很重要。）然而如果想从"前栅极"转向"后栅极"也不是一蹴而就的事情。这可不像把Globalfoundries的订单取消然后直接在台积电的订单上划勾打叉一样简单，因为工艺的转变则意味着需要重新设计产品结构。