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，本次變革主要體現在由以往的僅在底部區域的“1”個平面形“柵極”，發展成了立體結構的“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處理器發布會上指出，Fabless（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。英特爾客戶端PC事業群新任總經理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。”

　　據報道，當下，業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　

　　據報道，臺積電與GlobalFoundries的研發主管提出了很有說服力的研發數據例子，證明3D電晶體架構在14納米制程節點之前并非必要。臺積電表示，20納米節點并沒有足夠的回旋空間來創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，高通不發表評論。但高通在最近財務季報發表會上表示，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格局　

　　ARM公司的吳雄昂認為，英特爾3D晶體管不會改變產業格局。吳雄昂說，FinFet/3D晶體管技術的開發涉及業界多家企業，該創新并不是英特爾獨有的。業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生態系統在22納米節點上非常積極，并已經開始投身20納米，而ARM也在積極開發針對這些節點的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設計，而此系統設計目前正在推動著廣泛的半導體行業內的創新。

　　吳雄昂指出，英特爾的這一技術與他們在工藝上的創新相一致。而ARM的創新則來自于生態系統，涵蓋工藝、微架構和片上系統(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部技術總監陳明說。

　　“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電路會議上，三星公開宣布了其2.5D技術，據稱這種2.5D技術非常適合位于在系統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個并排且帶微凸塊的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。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年頒發給晶體管先驅William Shockley公司的早期專利。從那以后，業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。

　　據報道，目前有許多半導體協會都在研究制定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，讓數據來說話　

　　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3D工藝的發展趨勢中，半導體產業發展模式到底如何演義，會不會成為Fabless+Foundry這種發展模式的終結?可能最有發言權的還是那些身處產業前沿的一線公司的高管們。

　　不過，我們可以從對宏觀數據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計數據中，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，過了目前的探索發展期后，還會是Fabless+Foundry模式勝出的。那時，Foundry廠家將能夠向Fabless公司提供更加穩定的工藝參數。

　　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。

　　產業實際發展很可能出現這種情況：在這次3D技術跨越中，平面工藝也同時并行向前發展，兩者并存一段很長的時期。因此，有可能出現即使在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有的平面工藝來進行新應用設計，在3D工藝不成熟前繼續進行平面工藝 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。這樣在宏觀銷售統計數據中，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，后續如何演義，只有用兩大陣營的統計數據來說話了。