自从摩尔定律提出后，数字电路就一直在按摩尔定律发展；然而在模拟电路与光器件领域，摩尔定律却似乎不起作用。功率器件、射频等模拟器件受制于工艺的限制，速度的提升远没有数字电路快，而光器件更是无法形成大批量生产，成本居高不下。这些因素阻碍了通信业的发展。
现在，英特尔公司正决心解决这些难关，让模拟器件的速度按摩尔定律发展，通过其独创的光硅子技术，让光器件能够基于CMOS工艺大批量生产从而降低成本。不仅如此，通过多种工艺的集成可以用一块芯片实现以前由多块芯片完成的功能，使得整体方案的功耗和成本大大降低。这些工艺的集成将给通信领域带来重大突破。
三种工艺在90nm上集成
硅锗工艺并不是英特尔公司最先提出，IBM应是硅锗工艺的鼻祖，那么英特尔的突破又是什么呢？英特尔公司通信产品事业部副总裁兼首席技术官Eric Mentzer对此解释道：“英特尔的突破在于将硅锗工艺、混合信号和CMOS工艺结合在一块芯片中，并采用英特尔先进的90nm CMOS生产线生产。”他接着说：“此外，我们还通过独创的硅光子技术，将光器件与数字、模拟电路集成。”
事实上，这时的CMOS工艺已不是传统的CMOS工艺，但由于它的制造工艺与90nm的逻辑制造工艺基础技术基本相同，所以仍可在CMOS生产线上生产。在这种混合工艺中，除了利用英特尔已有的先进的90nm逻辑工艺技术，比如应变硅技术、低功耗CMOS管、Low-K电介质七层铜互连以及一平方微米的SRAM内存单元等，关键技术还包括：硅锗HBT、高压RF模拟CMOS晶体管、支持模拟电路的精密电容器和电阻、高Q电感器和变抗器等。通过这些技术，英特尔将模拟电路数字化，从而使模拟电路可以按摩尔定律发展。另外，通过硅光子技术，以90nm的硅锗工艺制造高速的光器件，并像数字器件一样实现大规模的经济生产。通过高度的集成，原来由多片芯片完成的功能仅需一块芯片即可实现，从而大大降低了功耗、尺寸和成本。
“目前像这种多种工艺的集成，且在最先进的90nm生产线上生产，只有英特尔能实现，这是一种重大的突破。”Eric Mentzer表示。不难想象，将这些完全不同的工艺集成在一个芯片上，需要克服许多困难，其中最大的困难是对设计开发工具的集成。“以前是三种完全不同的开发工具，现在要将它们放在一条生产线通过一种工具来实现，这是最大的困难。” Mentzer说道。
然而，90nm硅锗工艺成本问题仍是人们关心的问题。更有人担心，缺少竞争的市场是否会带来价格的垄断？对此，Mentzer表示：英特尔将会投入110亿美元建立四个全新的晶圆厂，主要是针对90nm工艺，300mm晶圆的生产线，产品大规模的商用化很快会实现，而大规模批量生产后，产品的价格也会很快下降。
看起来，英特尔已经吹响了全面进军通信领域的号角，并将带来通信领域一些重大的革新。在很多人的观念中，认为英特尔虽然在数字处理技术上独领风骚，但对于模拟技术、功率器件以及光器件方面仍是弱项，因而并不认为他会成为通信领域的巨头。现在，英特尔不仅向人们显示了要成为通信巨头的决心，而且还站在了更高的起点上。以其实力和多年成功商业运作的经验，不久的将来，通信半导体市场定将会重新洗牌，而其中受影响最大的则是光器件和无线终端市场。
让光器件通过硅生产
硅光子将会给光器件领域带来巨变。Eric Mentzer表示：“传统的光器件是基于手工或半手工制造，器件体积大、集成度低而且成本高。现在通过90nm硅锗工艺已可以制造40Gbps速度的光器件。”以硅的生产方式制造光器件，可以使得光器件的体积减小，集成度提高。他举例说：“比如现在10Gbps的光模块需要10多块芯片，4种处理技术；而采用硅光子技术后，仅需要3块芯片和2种处理技术。我们已研究出这样的10Gbps光模块，预计明年会出样品，大规模制造会在2004年。这种新的光模块成本将会由原来的几万美元下降到几千美元。”
据悉，三块芯片的做法是将所有光或电的信号处理集成到一块芯片，另两块芯片是光电和电光转换芯片。Mentzer解释说，由于目前光电转换器件还不能通过硅工艺来生产，英特尔正在进行这方面的研究，如果成功，10Gbps的光模块将仅需要一个芯片就能实现。
“免费”射频的革新
90nm硅锗工艺带来的另一个革命是将RF、功率器件等混合信号器件与基带的完全集成，从而可以提供单芯片无线产品方案。“这就是我们所说的将来的射频都是免费的。”Eric Mentzer称。由于蜂窝手机的RF以及功率器件比802.11的RF要复杂，需要支持更多的协议，免费射频可能最早用于WLAN产品的集成上。他表示：“对于手机RF的集成我们有更多的工作要做，但最终我们会在90nm硅锗技术上实现手持设备Free-Radio的解决方案，即将手机基带与RF集成到一块芯片上。”
目前，越来越多笔记本电脑和PDA中增加了WLAN的功能。据Gartner公司预计，至2003年新增的笔记本电脑中将有60%带有WLAN功能，而至2004年，新增笔记本电脑中将有90%带有WLAN功能。未来，笔记本电脑中带有WLAN功能就像现在带有Modem一样普遍。但现在WLAN产品并没有真正地与笔记本电脑的芯片集成在一起，只是通过附加的插卡来实现。其中，WLAN的功耗问题、尺寸问题是嵌入的较大障碍。90nm的硅锗工艺可以提供高度集成的单芯片802.11方案，功耗更小，尺寸也比0.18um的芯片尺寸减小一半以上，能嵌入到笔记本电脑、PDA和其它终端中，使得这些产品真正具有无线通信功能，而不是像现这样通过插卡的方式实现无线连接。VSPACE=12 HSPACE=12 ALT="Eric Mentzer：90nm硅锗工艺将会给无线通信和光通信领域带来重大突破。">
“英特尔目前正在开发采用90nm硅锗工艺的802.11多模式芯片，首先会集成到针对笔记本电脑的Banias移动平台的芯片组上。” Mentzer称，但他同时指出，由于90nm硅锗工艺是基于90nm CMOS工艺，所以要先等后者实现批量生产。按照英特尔的计划，2003年下半年Banias平台会转移到90nm CMOS工艺，预计90nm的硅锗工艺还要再晚半年投入生产。所以，明年Banias平台上集成的是采用miniPCI接口的802.11a/b双模式模块，还没有集成到芯片组中。“我们的最终目标是让802.11嵌入到芯片组或CPU中。也就是要让802.11方案变为‘零’芯片。其它的一些公司都在两块芯片还是三块芯片的解决方案上竞争，而我们是要做到零芯片。这一点只有英特尔90nm硅锗工艺可以做到。”Mentzer称。
目前，在手机中增加WLAN功能也是人们讨论的热点，英特尔已宣布将WLAN集成到笔记本电脑中，业界开始关注该公司是否也会将802.11a/b芯片嵌入到基于Xscale的手机平台上。
“近期内我们不会这样做。”Mentzer回答说，“主要原因有几个：第一，手机中集成WLAN功能后，需要基础设施方面能提供相应的服务，现在基础设施方面还没有出现相应用的解决方案将WLAN与3G或2.5G的网络很好的互通，不同网之间的漫游以及不同运营商之间的结算等问题仍待解决，所以现在进行终端集成还为时过早。第二是功耗问题，目前802.11还没有很好地解决功耗问题。我们知道手机的智能动态电源管理可以使得功耗很小。比如，当手机离基站较远时，它会发射较大的功率，而当手机离基站较近时，就可降低功率，从而可以控制功耗；另一特点是手机通话时功耗高，而待机时功耗很低。但目前802.11产品没有手机的这些电源管理功能，它需要不断地向网络发送数据包来侦查网络的情况，从而会消耗掉许多不必要的功耗。第三是WLAN的安全问题。”
Mentzer表示：“基于以上几点，我认为在芯片上将802.11与手机集成的时间尚未成熟。但IEEE工作组正在制定相关的标准来解决这些问题。比如，802.11h将解决功耗方面的问题、802.11i解决安全方面的问题。这些标准将会在今年底或明年初出台。当相关的标准比较完善后，我们才会考虑将802.11芯片与手机芯片集成。总之，我们不能为了集成而集成，我们需要考虑成本、功能和性能三个方面的因素。一般来说，当发明期过后走向平稳时，才是集成期的到来。”
(关键字：硅锗 通信 锗)
