根據摩爾定律，電晶體的密度大約每兩年就會倍增，功能與效能攀升、成本則隨之下滑。在過去40多年來，摩爾定律已成為半導體產業的經營圭臬，為了避免微縮過程遭遇物理極限，半導體產業無不致力於研發新的材料。2007年起，45奈米、32奈米製程開始使用高介電金屬閘極（High-K Metal Gate），取代先前的矽煮應變矽晶（SiGe Strained Silicon）。而最新的22奈米製程，就是採用立體三閘電晶體（3-D Tri-Gate transistors），來對抗物理極限。

增加密度秘方：電晶體垂直排列

《圖一　立體三閘電晶體結構圖。 》

一如其名，立體三閘電晶體技術的最大特點，就是將原先的平面閘極改為矽晶薄片，垂直附在矽基板的表面。Intel資深研究院士Mark Bohr表示，傳統平面電晶體只有在頂端處的一個閘極，改成薄片後，則可在頂端之外的兩側各再增置一個閘極。由於電晶體薄片為垂直排列，彼此間的距離得以縮小、藉以提升密度，從根本面破除摩爾定律在2D電晶體不斷微縮所面對的極限。

增加閘極的好處是可以更靈活地控制出入電流，在最低耗電時，可懹電流趨近於零；而在運作狀態時，也能流入更多電流以達更高效能；增加控制元件同時也可以讓電晶體保持更快速地開關。與Intel32奈米平面電晶體運作效能相比，立體三閘電晶體在低電壓模式可提升37%的效能；而在維持同樣的效能時，立體三閘電晶體的耗電量縮為一半。

突破物理極限 新半導體元件技術

《圖二　32奈米平面電晶體 》

《圖三　22奈米三閘電晶體比較》

「Tri-Gate」技術類似鰭式場效電晶體（FinFET），面對22奈米以下製程，3D元件結構只是候選技術材料的其中一種。另外一個比較常被提到的技術則是平面型FD-SOI（完全空乏型SOI），與應變矽、高介電金屬閘極整合於在矽基板上。但Intel指出，FD-SOI技術需要額外增加價格高昂的絕緣層覆矽晶圓，最多會增加整體成本的10%。也因此，發展此類技術的廠商，多著眼於降低成本，如意法半導體（ST）就和另外兩家法國公司共同發表相對低價的技術論文，在塊狀矽底板上混載FD-SOI與塊狀矽元件。

Mark Bohr表示，Intel於2002年起投入立體電晶體之研發，基本結構的改變，讓半導體製程在效能與功耗的表現上超越了過往前後兩世代製程之間的提升幅度。立體電晶體技術是50年來半導體產業的驚人進展，重要性絕不僅止於延續了摩爾定律。

ARM逐步擴大 Intel被逼放大絕

這項技術的第一項應用產品，就是開發代號為Ivy Bridge的22奈米新平台處理器，接下來ATOM處理器也會跟進。雖然強調低功耗與高效能的優點，應用範圍從手持式裝置到大型伺服器均適用；不過，從媒體發表會中不斷地強調可看出，近年ARM架構處理器在行動裝置的大鳴大放，確實踩到了X86架構大王Intel的痛點。

根據《華爾街日報》報導，ARM架構晶片已在全球手機晶片市場擁有超過9成市佔率，過去15個月，ARM的股價已經上翻兩倍。該報導形容，ARM在行動裝置領域的成功，是Intel所面對空前的挑戰。X86架構處理器的性能也許強大，但在對功耗錙銖必較的行動裝置市場，Intel一直跨不過耗電量的關卡。

Intel發表立體三閘電晶體技術發表當天，ARM股價應聲大跌7.3％。不難看出Intel藉由此技術「放大絕」的企圖，要讓ATOM處理器在維持X86系統的效能優勢下，擺脫過往吃資源巨獸的罵名，打入強調低功耗的可攜式裝置市場。

Ivy Bridge處理器將於今年年底量產，預計於明年年初正式對外販售。當然，行動裝置市場ARM為老大已是確切態勢；但小筆電要被平板電腦蠶食市場、聯網電視看來也還要有一段時日醞釀，ATOM處理器要找到新的出口，把握最後上車的機會，以新技術與ARM一搏，則是避不開的戰爭。