自從摩爾定律提出后，數(shù)字電路就一直在按摩爾定律發(fā)展；然而在模擬電路與光器件領(lǐng)域，摩爾定律卻似乎不起作用。功率器件、射頻等模擬器件受制于工藝的限制，速度的提升遠(yuǎn)沒(méi)有數(shù)字電路快，而光器件更是無(wú)法形成大批量生產(chǎn)，成本居高不下。這些因素阻礙了通信業(yè)的發(fā)展。

現(xiàn)在，英特爾公司正決心解決這些難關(guān)，讓模擬器件的速度按摩爾定律發(fā)展，通過(guò)其獨(dú)創(chuàng)的光硅子技術(shù)，讓光器件能夠基于CMOS工藝大批量生產(chǎn)從而降低成本。不僅如此，通過(guò)多種工藝的集成可以用一塊芯片實(shí)現(xiàn)以前由多塊芯片完成的功能，使得整體方案的功耗和成本大大降低。這些工藝的集成將給通信領(lǐng)域帶來(lái)重大突破。

三種工藝在90nm上集成

硅鍺工藝并不是英特爾公司最先提出，IBM應(yīng)是硅鍺工藝的鼻祖，那么英特爾的突破又是什么呢？英特爾公司通信產(chǎn)品事業(yè)部副總裁兼首席技術(shù)官Eric Mentzer對(duì)此解釋道：“英特爾的突破在于將硅鍺工藝、混合信號(hào)和CMOS工藝結(jié)合在一塊芯片中，并采用英特爾先進(jìn)的90nm CMOS生產(chǎn)線(xiàn)生產(chǎn)。”他接著說(shuō)：“此外，我們還通過(guò)獨(dú)創(chuàng)的硅光子技術(shù)，將光器件與數(shù)字、模擬電路集成。”

事實(shí)上，這時(shí)的CMOS工藝已不是傳統(tǒng)的CMOS工藝，但由于它的制造工藝與90nm的邏輯制造工藝基礎(chǔ)技術(shù)基本相同，所以仍可在CMOS生產(chǎn)線(xiàn)上生產(chǎn)。在這種混合工藝中，除了利用英特爾已有的先進(jìn)的90nm邏輯工藝技術(shù)，比如應(yīng)變硅技術(shù)、低功耗CMOS管、Low-K電介質(zhì)七層銅互連以及一平方微米的SRAM內(nèi)存單元等，關(guān)鍵技術(shù)還包括：硅鍺HBT、高壓RF模擬CMOS晶體管、支持模擬電路的精密電容器和電阻、高Q電感器和變抗器等。通過(guò)這些技術(shù)，英特爾將模擬電路數(shù)字化，從而使模擬電路可以按摩爾定律發(fā)展。另外，通過(guò)硅光子技術(shù)，以90nm的硅鍺工藝制造高速的光器件，并像數(shù)字器件一樣實(shí)現(xiàn)大規(guī)模的經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)。通過(guò)高度的集成，原來(lái)由多片芯片完成的功能僅需一塊芯片即可實(shí)現(xiàn)，從而大大降低了功耗、尺寸和成本。

“目前像這種多種工藝的集成，且在最先進(jìn)的90nm生產(chǎn)線(xiàn)上生產(chǎn)，只有英特爾能實(shí)現(xiàn)，這是一種重大的突破。”Eric Mentzer表示。不難想象，將這些完全不同的工藝集成在一個(gè)芯片上，需要克服許多困難，其中最大的困難是對(duì)設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)工具的集成。“以前是三種完全不同的開(kāi)發(fā)工具，現(xiàn)在要將它們放在一條生產(chǎn)線(xiàn)通過(guò)一種工具來(lái)實(shí)現(xiàn)，這是最大的困難。” Mentzer說(shuō)道。

然而，90nm硅鍺工藝成本問(wèn)題仍是人們關(guān)心的問(wèn)題。更有人擔(dān)心，缺少競(jìng)爭(zhēng)的市場(chǎng)是否會(huì)帶來(lái)價(jià)格的壟斷？對(duì)此，Mentzer表示：英特爾將會(huì)投入110億美元建立四個(gè)全新的晶圓廠(chǎng)，主要是針對(duì)90nm工藝，300mm晶圓的生產(chǎn)線(xiàn)，產(chǎn)品大規(guī)模的商用化很快會(huì)實(shí)現(xiàn)，而大規(guī)模批量生產(chǎn)后，產(chǎn)品的價(jià)格也會(huì)很快下降。

看起來(lái)，英特爾已經(jīng)吹響了全面進(jìn)軍通信領(lǐng)域的號(hào)角，并將帶來(lái)通信領(lǐng)域一些重大的革新。在很多人的觀(guān)念中，認(rèn)為英特爾雖然在數(shù)字處理技術(shù)上獨(dú)領(lǐng)風(fēng)騷，但對(duì)于模擬技術(shù)、功率器件以及光器件方面仍是弱項(xiàng)，因而并不認(rèn)為他會(huì)成為通信領(lǐng)域的巨頭。現(xiàn)在，英特爾不僅向人們顯示了要成為通信巨頭的決心，而且還站在了更高的起點(diǎn)上。以其實(shí)力和多年成功商業(yè)運(yùn)作的經(jīng)驗(yàn)，不久的將來(lái)，通信半導(dǎo)體市場(chǎng)定將會(huì)重新洗牌，而其中受影響最大的則是光器件和無(wú)線(xiàn)終端市場(chǎng)。

讓光器件通過(guò)硅生產(chǎn)

硅光子將會(huì)給光器件領(lǐng)域帶來(lái)巨變。Eric Mentzer表示：“傳統(tǒng)的光器件是基于手工或半手工制造，器件體積大、集成度低而且成本高�，F(xiàn)在通過(guò)90nm硅鍺工藝已可以制造40Gbps速度的光器件。”以硅的生產(chǎn)方式制造光器件，可以使得光器件的體積減小，集成度提高。他舉例說(shuō)：“比如現(xiàn)在10Gbps的光模塊需要10多塊芯片，4種處理技術(shù)；而采用硅光子技術(shù)后，僅需要3塊芯片和2種處理技術(shù)。我們已研究出這樣的10Gbps光模塊，預(yù)計(jì)明年會(huì)出樣品，大規(guī)模制造會(huì)在2004年。這種新的光模塊成本將會(huì)由原來(lái)的幾萬(wàn)美元下降到幾千美元。”

據(jù)悉，三塊芯片的做法是將所有光或電的信號(hào)處理集成到一塊芯片，另兩塊芯片是光電和電光轉(zhuǎn)換芯片。Mentzer解釋說(shuō)，由于目前光電轉(zhuǎn)換器件還不能通過(guò)硅工藝來(lái)生產(chǎn)，英特爾正在進(jìn)行這方面的研究，如果成功，10Gbps的光模塊將僅需要一個(gè)芯片就能實(shí)現(xiàn)。

“免費(fèi)”射頻的革新

90nm硅鍺工藝帶來(lái)的另一個(gè)革命是將RF、功率器件等混合信號(hào)器件與基帶的完全集成，從而可以提供單芯片無(wú)線(xiàn)產(chǎn)品方案。“這就是我們所說(shuō)的將來(lái)的射頻都是免費(fèi)的。”Eric Mentzer稱(chēng)。由于蜂窩手機(jī)的RF以及功率器件比802.11的RF要復(fù)雜，需要支持更多的協(xié)議，免費(fèi)射頻可能最早用于WLAN產(chǎn)品的集成上。他表示：“對(duì)于手機(jī)RF的集成我們有更多的工作要做，但最終我們會(huì)在90nm硅鍺技術(shù)上實(shí)現(xiàn)手持設(shè)備Free-Radio的解決方案，即將手機(jī)基帶與RF集成到一塊芯片上。”

目前，越來(lái)越多筆記本電腦和PDA中增加了WLAN的功能。據(jù)Gartner公司預(yù)計(jì)，至2003年新增的筆記本電腦中將有60%帶有WLAN功能，而至2004年，新增筆記本電腦中將有90%帶有WLAN功能。未來(lái)，筆記本電腦中帶有WLAN功能就像現(xiàn)在帶有Modem一樣普遍。但現(xiàn)在WLAN產(chǎn)品并沒(méi)有真正地與筆記本電腦的芯片集成在一起，只是通過(guò)附加的插卡來(lái)實(shí)現(xiàn)。其中，WLAN的功耗問(wèn)題、尺寸問(wèn)題是嵌入的較大障礙。90nm的硅鍺工藝可以提供高度集成的單芯片802.11方案，功耗更小，尺寸也比0.18um的芯片尺寸減小一半以上，能嵌入到筆記本電腦、PDA和其它終端中，使得這些產(chǎn)品真正具有無(wú)線(xiàn)通信功能，而不是像現(xiàn)這樣通過(guò)插卡的方式實(shí)現(xiàn)無(wú)線(xiàn)連接。VSPACE=12 HSPACE=12 ALT="Eric Mentzer：90nm硅鍺工藝將會(huì)給無(wú)線(xiàn)通信和光通信領(lǐng)域帶來(lái)重大突破。">

“英特爾目前正在開(kāi)發(fā)采用90nm硅鍺工藝的802.11多模式芯片，首先會(huì)集成到針對(duì)筆記本電腦的Banias移動(dòng)平臺(tái)的芯片組上。” Mentzer稱(chēng)，但他同時(shí)指出，由于90nm硅鍺工藝是基于90nm CMOS工藝，所以要先等后者實(shí)現(xiàn)批量生產(chǎn)。按照英特爾的計(jì)劃，2003年下半年Banias平臺(tái)會(huì)轉(zhuǎn)移到90nm CMOS工藝，預(yù)計(jì)90nm的硅鍺工藝還要再晚半年投入生產(chǎn)。所以，明年Banias平臺(tái)上集成的是采用miniPCI接口的802.11a/b雙模式模塊，還沒(méi)有集成到芯片組中。“我們的最終目標(biāo)是讓802.11嵌入到芯片組或CPU中。也就是要讓802.11方案變?yōu)?lsquo;零’芯片。其它的一些公司都在兩塊芯片還是三塊芯片的解決方案上競(jìng)爭(zhēng)，而我們是要做到零芯片。這一點(diǎn)只有英特爾90nm硅鍺工藝可以做到。”Mentzer稱(chēng)。

目前，在手機(jī)中增加WLAN功能也是人們討論的熱點(diǎn)，英特爾已宣布將WLAN集成到筆記本電腦中，業(yè)界開(kāi)始關(guān)注該公司是否也會(huì)將802.11a/b芯片嵌入到基于Xscale的手機(jī)平臺(tái)上。

“近期內(nèi)我們不會(huì)這樣做。”Mentzer回答說(shuō)，“主要原因有幾個(gè)：第一，手機(jī)中集成WLAN功能后，需要基礎(chǔ)設(shè)施方面能提供相應(yīng)的服務(wù)，現(xiàn)在基礎(chǔ)設(shè)施方面還沒(méi)有出現(xiàn)相應(yīng)用的解決方案將WLAN與3G或2.5G的網(wǎng)絡(luò)很好的互通，不同網(wǎng)之間的漫游以及不同運(yùn)營(yíng)商之間的結(jié)算等問(wèn)題仍待解決，所以現(xiàn)在進(jìn)行終端集成還為時(shí)過(guò)早。第二是功耗問(wèn)題，目前802.11還沒(méi)有很好地解決功耗問(wèn)題。我們知道手機(jī)的智能動(dòng)態(tài)電源管理可以使得功耗很小。比如，當(dāng)手機(jī)離基站較遠(yuǎn)時(shí)，它會(huì)發(fā)射較大的功率，而當(dāng)手機(jī)離基站較近時(shí)，就可降低功率，從而可以控制功耗；另一特點(diǎn)是手機(jī)通話(huà)時(shí)功耗高，而待機(jī)時(shí)功耗很低。但目前802.11產(chǎn)品沒(méi)有手機(jī)的這些電源管理功能，它需要不斷地向網(wǎng)絡(luò)發(fā)送數(shù)據(jù)包來(lái)偵查網(wǎng)絡(luò)的情況，從而會(huì)消耗掉許多不必要的功耗。第三是WLAN的安全問(wèn)題。”

Mentzer表示：“基于以上幾點(diǎn)，我認(rèn)為在芯片上將802.11與手機(jī)集成的時(shí)間尚未成熟。但I(xiàn)EEE工作組正在制定相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)來(lái)解決這些問(wèn)題。比如，802.11h將解決功耗方面的問(wèn)題、802.11i解決安全方面的問(wèn)題。這些標(biāo)準(zhǔn)將會(huì)在今年底或明年初出臺(tái)。當(dāng)相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)比較完善后，我們才會(huì)考慮將802.11芯片與手機(jī)芯片集成�？傊�，我們不能為了集成而集成，我們需要考慮成本、功能和性能三個(gè)方面的因素。一般來(lái)說(shuō)，當(dāng)發(fā)明期過(guò)后走向平穩(wěn)時(shí)，才是集成期的到來(lái)。”

(關(guān)鍵字：硅鍺 通信 鍺)