電腦達人養成計畫 2-18：當代 CPU 介紹 (三) Intel Ivy Bridge 架構

3D Tri-Gate 電晶體的好處與必要性？

說了那麼多，到底為什麼必須要發展 3D Tri-Gate 電晶體呢？其實是為了提升製程所必須，因為在製造工藝不斷提升下，今日的晶片製造工藝已經來到 30nm 以下，隨著越來越逼近現有材料的物理極限，提升製程的困難度也越來越高 (好比要從零分進步到 60 分很容易，但從 80 分進步到 90 分卻很難)，所以新的材料與做法是繼續提升製程的過程中不可或缺的。

(左為傳統電晶體，右為 22nm 3D Tri-Gate 電晶體)

一般來說電晶體的性能可分為三個指標，第一是切換速度 (半導體通路與斷路間的切換速度，因為直接影響到處理器的最高時脈，所以越快越好)，第二則是導電流 (當半導體處於通路狀態時當然是導電流越高，越順越好，導電流越大處理器就越省電)，第三則是斷路時產生的漏電流 (越少越好，漏電流是晶片廢熱的主要來源之一，同時也是處理器閒置時的主要能耗來源)。

傳統電晶體在微觀尺度下有很多效應會導致其漏電流的增加，而且隨著製造工藝的提升，尺度越來越小、單位面積的電晶體數量越來越多也連帶使得漏電流效應變得更加明顯，到了 30nm 以下製程，通道形成與漏電流、短通道效應的問題已經大到不可忽視，若是無法解決的話未來製程提升幾乎就是不可能的難題。

而 Tri-Gate 設計就是為了解決一部分的通道形成問題，透過增加閘極的接觸面積來減少形成通道造成漏電流的狀況，再輔以 High-K 材料解決擴大閘極帶來的新問題，從而使更小的製程成為可能，而且 Tri-Gate 由於是型態上的改變，因此晶圓廠幾乎不需要改變材料，所以成本大概只會提高 3% 到 5% (遠遠低於製程提升帶來的成本節省，光是面積下降一片晶圓可以多切出的晶片帶來的成本降低就很多了，所以很有吸引力)，而上面這個影片就是 Intel 官方在介紹 3D 電晶體的好處，還蠻有趣的。