从反向工程角度，探寻2006年全球最新芯片技术动向

Chipworks公司提供工程服务，分析竞争激烈市场里的先进芯片。该公司发现产品的内部到底是什么，可能与市场宣传的不一致。因此，从反向工程的角度，在2006年该公司看到的与芯片制造商以及业界专家的观点可能有所不同。

在本文中，从更高的层次展望前沿技术与市场，内容包括处理器、FPGA与PLD、闪存、DRAM、CMOS成像器以及RF/混合信号芯片。

处理器

2005年业界都为发布65nm器件整装待发，尤其在微处理器和消费电子的领域。据说英特尔于2005年最后一周发运了双核“Yonah”奔腾M处理器予系统制造商，最终产品在一月的CES 2006正式发布。

AMD在工艺改进方面没有那么激进，他们计划于2006年下半年推出65nm器件，但同时他们也逐渐加大300mm晶圆厂Fab 36的产量。AMD为双核产品已有一段日子，所以并不急于推出新产品，与此同时，他们也不断改进90nm产品。

说到多核处理器，IBM也开始在准备八核“Cell”处理器的生产，并计划于2006年第三季度批量供应，用于索尼的PlayStation 3。索尼PS3发布尔日期现在还不清楚，我们听到最近的日期是第二季度初在日本发布。事实上，微软Xbox 360采用了IBM的三核处理器，以及在即将上市的任天堂Revolution采用双核处理器，因此未来几年IBM在游戏机市场将占据很强的地位。图1显示了Xbox 360内部的IBM和ATI处理器，而Chipworks最近亦提供此分析。

IBM同时也在其它领域推出“Cell”处理器，将于2006年第二季度用于Mercury Computer Systems公司的Dual Blades中。90nm芯片的生产过程将会按计划进行，不过调试就可能是另一回事了。

PS3其它方面也引起了我们的关注，我们听说Nvidia设计的图形处理器将在索尼/东芝的晶圆厂采用65nm技术。PS2使用的图形处理器是第一个量产的90nm芯片，但看起来于2006年英特尔似乎是第一家毫不相关的厂商。值得关注的是，松下悄悄宣布他们将直接从130nm跳到65nm，在新300mm晶圆厂生产DVD控制器。

ATI在电子游戏机市场表现也相当不错，并得到Xbox 360和Revolution采用，而后者很可能是90nm芯片，但据说明年将移至TSMC过渡性质的80nm工艺，包括Radeon X1300CE(R505)和RV580 GPU，而且可能将在第一季度发布。他们的X1800今年较晚打入市场，所以我们可能要到第二季度或第三季度才能看到发布消息。

富士通加入阵营，用于Transmeta处理器的“90nm”工艺晶体管栅极长度约40nm，所以跟其它晶圆厂相比之下，在65nm前进的路上已经走了一半。他们去年秋季开始65nm工艺，但至今我们还不知道2006年会有哪家用户使用该处理器。Sun将在其双核SPARC64 VI上与富士通合作，但这将是90nm，到2008年再逐渐演变到65nm的VI+。

在无线领域，德州仪器于2005年发布了OMAP2处理器系列，并很可能转到65nm，目前正在达拉斯的晶圆厂生产。高通也发布了第一款用于手机的65nm芯片(出自于TSMC)，包括用于CDMA2000和WCDMA等第三代移动电话的MSM6800、MSM6280、MSM6260、MSM6255以及MSM6245方案。我们发现发布后通常需要9～12个月才能开始实际量产，所以我们要到2006年第三或第四季度才能看到这些手机。

FPGA和PLD

这个领域的大部分产品都来自于无晶圆厂半导体公司，赛灵思(Xilinx)、Altera、Lattice和Actel都在使用代工厂，据说赛灵思和Altera都开始提供65nm样品(赛灵思产品来自于东芝和UMC，Altera则来自于TSMC)。

Lattice目前的EC、ECP-DSP和XP系列产品都采用130nm，预计2006年将推出90nm SC系列产品，所有都在富士通制造。即使Lattice和富士通将合作延伸到65nm，我们认为到2007年之前也不会有产品推出。富士通130nm工艺非常有意思，因是量产工艺中唯一使用Dow公司SiLK旋转低k电介材料的。

Actel为第四大FPGA供货商，把目标定位于太空市场，所以预计他们不会在技术上有什么改变，不过我们很可能看到他们推出更多可用于太空及汽车市场的产品。

闪存

2005年可以称为“闪存年”，我们都看到惊人的增长，归因于消费电子产品需求增加，如MP3播放器、手机、数码相机等。闪存技术驱动了工艺改进，于2005年三星推出了73nm 4Gbit和8Gbit NAND闪存(芯片尺寸仅仅只有0.0225μm2)，2006年我们极有可能在市场看到50nm 16Gbit芯片。三星主导了2005年市场，第三季度占有50%市场份额，而且还将在2006年延续下去。

闪存市场获得成功，驱动了其它大规模公司都想加入其中，例如，最近英特尔和美光宣布成立合资企业。美光拥有90nm 2Gbit产品技术，他们想在2006年进入更高的密度70nm。他们正将位于弗吉尼亚州Manassas的300mm晶圆厂转向生产闪存，这可能是他们2005年第四季度增长400%的主要原因。即使如此，他们在市场仍名列第五，占3.4%的市场份额。

东芝是2005年第二大NAND闪存供货商，第三季度市场份额为23%。在Chipworks对苹果产品的分析中，我们发现东芝与三星的芯片几乎一样多。东芝将重点放在多层单元(MLC)闪存上，每个单元两位，代价是周边电路更加复杂，而且需要严格的栅极技术解决电容耦合问题。不过MLC非常适合位成本低的消费类数码音频应用，如苹果的iPod nano。三星以单层单元(SLC)引领市场，对MLC并不重视，但现在这也在其规划当中，并开始提供产品。

Hynix是第三大闪存供货商，目前正加速技术，已经在提供90nm 4Gbit和8Gbit产品，并声称将于2006年提供70nm 16Gbit产品。

瑞萨科技在第三季度名列第四，据说将暂缓MLC 8Gbit NAND闪存的生产。不过在与Grandis联合后，他们宣布将推出65nm MRAM产品。

DRAM

2006年内存技术将从DDR转向DDR2，工艺技术也将从90nm缩至80nm，最先发运的产品是1Gbit芯片。在存储模块方面，全缓冲DIMM将占据相当一部分市场份额。

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三星在DRAM技术竞赛中再次走在前列，他们在存储单元中使用了创新性隐藏式晶体管，这将使设计规则缩至80nm。

三星2005年第三季度DRAM的市场份额为30.6%，其后是Hynix的16.6%，然后是美光15.3%、英飞凌13.5%，Elpida则以7.2%名列第五。

Hynix也推出了90nm DRAM产品，并计划转向80nm。美光目前提供110nm产品，但对DRAM成本的压力可以让我们很快就能看到95nm的产品。美光有一项创新性6F2单元可以代替常用的8F2单元，因此他们可以通过更为大型的技术实现高密度。

英飞凌是前五位中唯一采用沟道DRAM的制造商，众所周知，英飞凌把内存事业部分拆除。在产品方面他们正在提供90nm内存，同时也在开发70nm产品，不过看起来他们在2006年最多也只能是提供样品。英飞凌还有一些创新技术提高封装密度，方形沟道和knobbly高k电容介质就是其中两个例子。

Elpida也全部是90nm制造，预计也将转向80nm，这可能会发生在2006年下半年。前五大供货商除了自己制造以外，DRAM业务外包也越来越多，这部分也会继续发展。比如英飞凌和Nanya及合资企业Inotera合作，Elpida也有部分产能来自Powerchip和中国的中芯国际(SMIC)。

CMOS成像器

照相手机在2005年预计销售了5亿部 ，占全部手机销量的三分之二。同时摄像模块分辨率从130万像素转向200万像素，2006年300万像素将成为主流，技术也在从电荷耦合器件(CCD)转向CMOS，这对手机而言是个普遍现象。

所以就像闪存一样，我们看到制造商和代工厂都在提供图像传感器工艺，CCD公司也在进入CMOS领域，其中最引人注意的是柯达宣布向IBM和TSMC提供许可，据说将在这两家公司的晶圆厂生产300万和500万像素传感器。我们可以在2006年看到采用这些传感器的终端产品，包括手机和数码相机。

美光相对来说是成像器市场的新进入者，他们从130万像素产品起步，刚开始提供300万像素产品MT9T012，像素尺寸只有2.2μm×2.2μm。他们也有500万像素产品，该产品更多准备用于数码相机。

索尼是销量最大的成像器制造商，但大部分是CCD，而也在增加生产CMOS传感器。2005年索尼的CCD因出现问题而广被宣传，涉及到多家制造商不同的照相机，所以他们在2006年不得不修补市场地位。目前他们已有200万像素CMOS成像器，所以他们不可再错失300像素市场机会，尽管没有预先发布。

东芝2005年在图像传感器市场名列第五，但他们的产品仅用在诺基亚的N90智慧手机中，我们希望能够听到有关更多消息。于2005年秋推出了320万像素传感器，所以我们预计在2006年可以看到应用的终端产品，也许会是另一款诺基亚手机。

对于数码相机而言，CMOS正稳步进入过去CCD占据的领地，我们预计这种趋势还将继续下去。佳能已将CMOS用于高端单反相机中，非常引人注目地在EOS5D中采用了1280万像素24×36mm传感器。

RF/混合信号

无线通信市场销售额非常庞大，将更多功能集成到CMOS中是降低成本最主要的驱动力，但在1-10GHz频段范围，有一项功能却是难以集成的，就是无线接收器前端放大器。通常称为RF放大器，或低噪声放大器(LNA)，在RF频段工作。

目前大部分LNA采用硅双极性SiGe(锗化硅)晶体管或III-V族半导体材料如GaAs(砷化镓)制成。与标准的CMOS不同，不管SiGe还是GaAs都不能作为大批量低成本半导体工艺技术，如果能够将LNA功能集成到CMOS接收器硅片上就可以从系统中去掉一个昂贵的组件和一个IC。

这里所关注的频率约为1-10GHz，包含了目前以及未来一些市场巨大的应用，如IEEE 802.11、WiMAX、W-USB(无线通用串行总线)以及手机中的GPS。

大致说来工艺技术从90nm到65nm进步可以提高NMOS晶体管在100GHz到130GHz的基本单位增益频率响应(ft)。在很多RF设计中，晶体管的ft要求至少是应用频率的10倍，因此工艺技术从90nm转向65nm将使CMOS线路在1-10GHz重要商用频段大幅提高速度。

在过去，RF/混合信号工艺较先进的逻辑工艺落后，但是将手机RF前端集成到CMOS，所得到的成本节约可能会影响这些产品，转向65nm的速度比预期还要快。无线USB是另外一种应用，工作在3.1到10.6GHz频段，正好是65nm技术支持的频段，加上更低的整体功耗等优点，更快捷地转化技术。

例如TSMC希望65nm工艺可以将标准单元门密度增加两倍，加快速度约50%，待机功耗降低20%。博通、高通和飞思卡尔都利用TSMC最初的65nm晶圆光罩共乘服务系统(Cybershuttle)，进行早期硅片流片，而TI则声称已经发运65nm无线产品样品。

我们不会在2006年初看到下游厂商使用65nm RF芯片，但在成本的驱动下，我们可以在年底看到部分产品。

小结

尽管65nm逻辑产品推出以后吸引了媒体，但实际上业界还有很多其它领域值得关注，至少有一点可以肯定：2006的内幕技术非常有趣！

作者：Dick James，Dave Treleaven，高级技术分析师，Chipworks公司