2012年4月23日，英特爾宣布采用3D三柵極晶體管設計，最小線寬為22納米的Ivy Bridge微處理器量產成功，并于4月29日開始全球銷售。
據(jù)公布的資料顯示，該系列CPU擁有14億只晶體管，芯片面積僅為25毫米×25毫米，由于首次采用了3D三柵級晶體管工藝技術，使芯片能夠在更低的電壓下運行，并進一步減少了晶體管的漏電流，與之前的32納米中2D晶體管CPU相比，在低電壓工作模式下開關速度提高了37%，功耗降低50%，比采用22納米平面晶體管的同類CPU功耗降低了19%。
這確實是一項新的大跨度技術進步，標志著Intel公司不愧是世界半導體制造技術的領頭者。自2011年5月4日英特爾公司正式公布將用3D三柵級晶體管設計技術進行Ivy Bridge微處理器量產計劃以來，到此次Ivy Bridge微處理器產品的正式批量上市，其經歷了近一年的時間。
為什么“3D”前還要再加上“三柵級（Tri-Gate）”晶體管這一稱謂呢？這正是本次工藝改進的關鍵之處。相對于以往的平面型晶體管模型結構工作方式，本次變革主要體現(xiàn)在由以往的僅在底部區(qū)域的“1”個平面形“柵極”，發(fā)展成了立體結構的“3”個平面形狀的“柵極”，控制電流同時從該立方體形狀的柵極3個面（兩側和頂部）同時對晶體管的源極和漏極的通斷電流進行控制，所以稱為“三柵極”晶體管。這樣的“三柵極”結構形狀就像一本書，原來是“平躺著放置的”，現(xiàn)在變成了“立起來放置”。與以往平放的“1個面”的柵極晶體管相比，既節(jié)省了芯片面積，也減少了晶體管的漏電流，提高了開關速度。從而極大地提高了CPU的性能，降低了功耗，提高了單位面積上的集成度。
3D工藝眾說紛紜
英特爾：Fabless模式或到窮途末路
4月26日英特爾制程技術部門的主管Mark Bohr在Ivy Bridge處理器發(fā)布會上指出，F(xiàn)abless（無晶圓廠）半導體經營模式已經快到窮途末路。他認為，臺積電最近宣布只會提供一種20納米制程，就是一種承認失敗的表示，顯然他們無法在下一個主流制程節(jié)點提供如3D電晶體所需的減少泄漏電流的工藝技術。同時，高通不能使用臺積電22納米的制程技術，晶圓代工模式正在崩塌。
Bohr認為，此次Ivy Bridge處理器能夠研發(fā)成功，其秘訣之一就是來自于制程技術與晶片設計者之間的緊密關系，而這只有在IDM模式的工廠中才能實現(xiàn)。英特爾客戶端PC事業(yè)群新任總經理Kirk Skaugen、Bohr和負責Ivy Bridge處理器的專案經理Brad Heaney在主持問答會時一同做出了上述表示。“IDM模式制造產品，確實有助于我們解決生產Ivy Bridge這樣一款小尺寸、復雜元件時所遭遇的問題。”
據(jù)報道，當下，業(yè)界也有不少人持類似這種觀點。EETimes美國版中有不少文章談到晶片設計業(yè)者與制程技術提供者之間，需要有更緊密的合作關系。一位來自Nvidia實體設計部門的負責人最近在Mentor Graphics的年度會，也強調了相同的論點。
臺積電：3D架構在14納米之前并非必要
據(jù)報道，臺積電與GlobalFoundries的研發(fā)主管提出了很有說服力的研發(fā)數(shù)據(jù)例子，證明3D電晶體架構在14納米制程節(jié)點之前并非必要。臺積電表示，20納米節(jié)點并沒有足夠的回旋空間來創(chuàng)造高性能制程與低耗電制程之間的明顯變化。
對于臺積電的20納米制程計劃，高通不發(fā)表評論。但高通在最近財務季報發(fā)表會上表示，該公司無法得到臺積電足夠的28納米制程產能以因應其需求，目前正尋求多個新代工來源，并預期能在今年稍晚正式進行28納米制造工藝委托下單。
ARM：3D晶體管不會改變產業(yè)格局
ARM公司的吳雄昂認為，英特爾3D晶體管不會改變產業(yè)格局。吳雄昂說，F(xiàn)inFet/3D晶體管技術的開發(fā)涉及業(yè)界多家企業(yè)，該創(chuàng)新并不是英特爾獨有的。業(yè)界將在下一代產品中逐漸采用該技術，到那時該技術會被應用于SoC設計。所以英特爾3D晶體管并不會給消費電子或者移動產品市場的競爭帶來變化。整個ARM生態(tài)系統(tǒng)在22納米節(jié)點上非常積極，并已經開始投身20納米，而ARM也在積極開發(fā)針對這些節(jié)點的IP。
在消費電子和移動產品領域，使用較之服務器和臺式電腦晚一代的工藝技術并不是一件新鮮事。但是在消費電子和移動產品領域，由于其市場規(guī)模以及產品價格的因素，一個成本、性能和功耗的最佳組合非常重要，代工廠的生產能力也非常重要。
3D工藝技術在最初的幾代產品中需要設計與制造之間緊密合作，探索完善設計流程。因此，暫不適用于高度集成的移動片上系統(tǒng)設計，而此系統(tǒng)設計目前正在推動著廣泛的半導體行業(yè)內的創(chuàng)新。
吳雄昂指出，英特爾的這一技術與他們在工藝上的創(chuàng)新相一致。而ARM的創(chuàng)新則來自于生態(tài)系統(tǒng)，涵蓋工藝、微架構和片上系統(tǒng)(SoC)設計等多方面。
IBM:尋求材料解決散熱問題
IBM公司正在保密情況下進行一種以更為成熟的3D技術進行IC產品的批量生產，其3D技術使用的是低密度硅通孔技術。據(jù)報道，該項技術目前的主要問題是散熱問題，預計在2012年底前解決這些問題。
另據(jù)報道，IBM已經與3M公司合作，尋求一種材料來解決3D IC生產中面臨的散熱技術問題。3M的任務是創(chuàng)造一種適合堆疊裸片間使用的底部填充材料，這是一種電氣絕緣材料(像電介質)，導熱性比硅要好(像金屬)。 “現(xiàn)在我們正在做試驗，到2013年希望開始廣泛的商用。”3M公司電子市場材料事業(yè)部技術總監(jiān)陳明說。
“擁有一技之長的年代已經過去。”IBM公司研究副總裁Bernard Meyerson表示，如果僅依靠材料或芯片架構或網絡架構或軟件和集成，就可能無法贏得3D競爭。要想打贏這場戰(zhàn)爭，則需要盡可能全面地使用所有資源。
3D芯片堆疊并非最新技術
據(jù)報道，目前最先進的技術應該是使用硅通孔的3D芯片堆疊，幾乎主要的半導體公司都在研究這種技術。
去年舉行的國際固態(tài)電路會議上，三星公開宣布了其2.5D技術，據(jù)稱這種2.5D技術非常適合位于在系統(tǒng)級芯片上進行帶硅通孔和微凸塊的堆疊式 DRAM裸片。三星準備把這種技術用在1Gbit移動DRAM產品上，并計劃在2013年使移動DRAM容量提高到4Gbit。
賽靈思公司推出了一種2.5D封裝工藝的多FPGA解決方案，這種工藝可在硅中介層上互連4個并排且?guī)⑼箟K的Virtex-7 FPGA。目前，臺積電也正在生產這種硅中介層，使用硅通孔技術重新分配FPGA的互連，臺積電已承諾將在2013年向其代工客戶提供這種轉換技術。
還有多家公司目前都在進行3D IC生產技術的研發(fā)。Tezzaron Semiconductor公司為其鎢硅通孔工藝提供3D IC設計服務已經有多年。Tezzaron的FaStack工藝可以從薄至12微米晶圓上的異質裸片制造3D芯片。這種工藝具有針對堆疊式DRAM的寬 I/O特性，其亞微米互連密度高達每平方毫米100萬個硅通孔。
3D技術可以給芯片設計帶來許多新的想法。設計師必須采用不同的思維方式，以創(chuàng)新的方式組合CPU、內存和I/O功能，這是每樣東西只能在郵票大小的面積上并排放置不能做到的。
據(jù)有關資料，生產3D IC的技術并不是很新的技術，堆疊芯片想法本身可以追溯到1958年頒發(fā)給晶體管先驅William Shockley公司的早期專利。從那以后，業(yè)界已經使用了許多堆疊式裸片配置方案。比如，將MEMS傳感器堆疊在ASIC之上，或將小的DRAM堆疊在處理器內核上等。
去年獲得EE Times年度ACE創(chuàng)新大獎的Zvi Or-Bach則認為3D IC設計師需要從硅通孔技術過渡到超高密度的單片3D技術。BeSang Inc聲稱正在制造無硅通孔的單片3D內存芯片原型，并有望于2012年首次亮相。
據(jù)報道，目前有許多半導體協(xié)會都在研究制定3D技術標準。國際半導體設備與材料組織(SEMI)有4個小組專攻3D IC標準。其三維堆疊式集成電路標準委員會包括SEMI成員Globalfoundries、惠普、IBM、Intel三星和United Microelectronics Corp.(UMC)以及Amkor、ASE、歐洲的校際微電子中心(IMEC)、亞洲工業(yè)技術研究院(ITRI)、奧林巴斯、高通、Semilab、東京電子和賽靈思公司等。
IC觀察:模式之爭，讓數(shù)據(jù)來說話
3D已經成為半導體微細加工技術到達物理極限之后的必然趨勢，目前正處于3D工藝的探索期。
在這一過程中，以及今后在實現(xiàn)3D工藝的發(fā)展趨勢中，半導體產業(yè)發(fā)展模式到底如何演義，會不會成為Fabless+Foundry這種發(fā)展模式的終結?可能最有發(fā)言權的還是那些身處產業(yè)前沿的一線公司的高管們。
不過，我們可以從對宏觀數(shù)據(jù)的分析中獲得對大趨勢判斷的一些基本方法。如果在今后的銷售額統(tǒng)計數(shù)據(jù)中，以Intel為代表的IDM陣營銷售額增長快于以臺積電為代表的Foundry陣營，或者IDM陣營的銷售額增長快于以高通、ARM為代表的Febless陣營，則表明IDM模式暫時勝出。
即使IDM模式勝出也只能算是暫時的，因為3D工藝終將會走向成熟，過了目前的探索發(fā)展期后，還會是Fabless+Foundry模式勝出的。那時，F(xiàn)oundry廠家將能夠向Fabless公司提供更加穩(wěn)定的工藝參數(shù)。
這次的3D工藝探索期，在時間跨度上可能比上世紀70年代平面半導體工藝的探索期要短很多，畢竟今天的計算機和軟件科技水平已經達到了一個新高度，這有助于縮短3D工藝的探索期和過渡期。
產業(yè)實際發(fā)展很可能出現(xiàn)這種情況：在這次3D技術跨越中，平面工藝也同時并行向前發(fā)展，兩者并存一段很長的時期。因此，有可能出現(xiàn)即使在3D探索期，IDM模式也難于勝出的可能性，因為Fabless公司完全可以憑借現(xiàn)有的平面工藝來進行新應用設計，在3D工藝不成熟前繼續(xù)進行平面工藝 Foundry委托加工，一旦Foundry工廠有了成熟的3D工藝，則可以及時地用“零時間跨度”的方式轉到3D工藝委托加工方面。這樣在宏觀銷售統(tǒng)計數(shù)據(jù)中，將很有可能看不到IDM陣營明顯高出Fabless陣營和Foundry陣營的情況。
當然，后續(xù)如何演義，只有用兩大陣營的統(tǒng)計數(shù)據(jù)來說話了。