為了讓消費者在行動運算裝置上，也能享受如個人電腦與電視般的使用和觀賞經驗，處理器業者無不卯足全力，朝向更先進製程邁進，期在不增加晶片尺寸與功耗的前提下，持續提升處理器整合度與效能，並藉由創新的設計，達到更低的功率消耗，從而增加行動裝置電池續航力。以處理器業者的研發狀況來看，今明兩年，40奈米製程仍是市場主流，而28奈米產品將於2012年開始大量生產，至於22奈米方面，目前除英特爾率先宣布量產藍圖外，其餘半導體業者也已如火如荼展開布局。
行動運算(Mobile Computing)裝置對功耗、效能與成本的要求不斷增加，促使系統單晶片(SoC)業者，尤其是處理器廠商積極提高晶片整合度。其中雄霸個人電腦(PC)領域的英特爾(Intel)已率先發表三維(3D)電晶體架構的三閘極(Tri-gate)技術，並用於22奈米(nm)製程中，更計畫以此技術架構進一步研發市場等待已久的手機晶片。
而在行動裝置處理器市場獨占鰲頭的高通(Qualcomm)則持續透過更先進的28奈米製程，整合處理器、繪圖處理器(GPU)、數據機(Modem)與數位訊號處理器(DSP)。
多閘極電晶體架構加速實現先進製程
為提高處理器整合度與降低功耗，多閘極電晶體技術成為業者關注的焦點。其中英特爾已推出三閘極3D電晶體所設計的22奈米製程。事實上，三閘極電晶體首次披露在2002年，現今，該技術將成為英特爾22奈米與更先進製程節點的基礎。英特爾2011年底即將量產的微處理器Ivy Bridge，亦為全球首款利用22奈米製程的處理器。
另一方面，根據今年英特爾於全球行動通訊大會(MWC)中的發布，該公司22奈米製程也將基於第三代高介電質金屬閘(HKMG)方法，也將使用銅互連、應變矽和其他技術。同時，如同32奈米製程的處理器產品，英特爾也將採用193奈米浸入式微影技術。
值得注意的是，為降低處理器總成本，英特爾並未使用絕緣層覆矽(SOI)技術，原因在於，SOI晶圓將增加約10%的總製程成本。
三閘極電晶體象徵著IC產業的一次重大轉變。英特爾指出，數10年來，半導體產業一直使用傳統平坦的二維(2D)平面閘極，而英特爾尋求以更薄而且能在矽基板上垂直升起的3D矽鰭薄片取代平面閘極。
據了解，除了英特爾的三閘極架構外，其他晶片製造商也都在尋找在多閘極電晶體架構，包括IBM的Fab Club和台積電等。其中，台積電計畫在14奈米節點推出鰭式電晶體(FinFET)架構。
英特爾資深院士暨處理器架構及整合製程總監Mark Bohr表示，至少未來3年，英特爾將在多閘極電晶體競賽中領先，且三閘極技術可以擴展到14奈米節點，電流的控制透過在矽鰭的三個面上各自建置一個閘極完成，其中兩個閘極各自放在一個面上，另一個則穿越頂端，並非如2D平面電晶體僅放置一個閘極在頂端。Bohr並指出，更多的控制能讓電晶體在切換至開啟狀態時能流入更多的電流，藉以提高效能，而在關閉狀態時讓電流盡可能接近於零，以達到最低的耗電，並且讓電晶體能快速在兩種狀態之間切換。
與英特爾的32奈米平面電晶體相較，22奈米三閘極電晶體在低電壓下提供37%性能強化，意味著該技術更適合必須降低開關功耗的小型手持裝置。此外，新技術也能以不到一半的功耗，達到與採用2D平面電晶體之32奈米製程相同的效能。
英特爾表示，整體而言，該公司將在22奈米技術中使用標準晶圓廠工具，而製程成本將僅增加2～3%。22奈米製程又稱1270，首先會在奧勒岡州的D10晶圓廠生產，而後亞利桑那州的F32廠將在今年下半年量產。
三閘極技術撐腰 Intel手機晶片有備而來
為搶攻行動裝置商機，英特爾已計畫於2011年底，正式量產首款32奈米手機專用處理器Medfield。市場分析師認為，該款晶片的功耗與運算效能，尚難與既有手機晶片匹敵，但2013年英特爾於22奈米導入創新的三閘極電晶體架構後，該公司手機晶片的競爭力將不容小覷。
英特爾資深副總裁Thomas M. Kilroy表示，由於手機晶片涉及複雜的設計流程，在微處理器上的應用軟體、溝通組件與軟體堆疊都與個人電腦中央處理器(CPU)大不相同，因此英特爾花了一些時間研發，預計2011年底英特爾將量產第一顆行動裝置晶片。
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| 圖1 Gartner研究部門研究總監洪岑維認為，未來2～3年，英特爾22奈米手機處理器問世後，才能真正與其他手機處理器大廠平起平坐。 |
針對英特爾手機晶片產品即將問世，Gartner研究部門研究總監洪岑維(圖1)表示，2011年底英特爾即將量產，並於2012年正式銷售的手機晶片Medfield，是以凌動(Atom)為基礎所延伸的處理器晶片，該晶片為32奈米、單核心的處理器，而該公司2012年下半年也將推出32奈米雙核心的行動裝置處理器。不過，相較於其他手機處理器大廠的動作，如高通2012年將主打28奈米、四核心的Snapdragon；輝達(NVIDIA)也預計會推出28奈米的產品，英特爾32奈米單核與雙核心產品仍難項背，開拓手機市場的力道也將有限。
不過，洪岑維強調，儘管明年英特爾於手機處理器市場仍處於落後態勢，但待2013年，英特爾將最新三閘極電晶體架構的22奈米晶圓技術，用於行動裝置處理器晶片的開發後，行動裝置處理器市場勢必將有一番新的格局。
洪岑維進一步分析，英特爾用於22奈米晶圓的三閘極電晶體架構技術領先全球其他半導體業者2～3年的時間，恰好成為該公司縮短與現有手機晶片廠商落後距離的重要關鍵。再加上，行動裝置處理器統包方案的趨勢已起，英特爾應用處理器(AP)、基頻處理器(BB)與無線連結晶片研發能力兼具，因此預期英特爾22奈米處理器產品推出後，該公司在手機處理器市場的競爭力將不可同日而語，手機處理器市場也將醞釀洗牌。
據了解，今年年底，英特爾除推出手機與平板裝置專用的處理器晶片外，透過購併英飛凌(Infineon)無線部門取得的技術，也會一併推出手機專用的無線連結(Connectivity)晶片，進一步強化該公司在行動裝置市場的競爭力。
此外，市場傳言，英特爾將與中國大陸最大手機製造商中興通訊攜手，藉此在手機通訊晶片產業站穩發展腳步，並進軍中國大陸手機市場。對此，英特爾僅表示正與多家業者洽談合作，而中興通訊則指出，該公司的手機事業部門曾經與英特爾洽談過，但只是在技術層面上討論現階段的合作。
28奈米處理器問世 高通提升行動裝置效能
行動設備已成為新的運算平台，時下消費者希望手機也可實現個人電腦和電視的使用經驗，因此手機處理器逐漸須處理較重的工作量。高通指出，永遠連線、隨時隨地可連網、可持續一天以上的電池續航力，皆是提供行動用戶最佳新體驗的挑戰。此外，越來越多的遊戲和娛樂需求，皆需要處理器在處理效能與網路連結上更進一步創新，而先進製程將是必要手段。
為提供最佳的解決方案，滿足消費者不斷增長的手機功能要求，高通指出，透過該公司的技術能力與先進製程技術，高通開發高整合度的行動處理器架構，包括CPU、GPU、數據機與DSP，以及全球衛星定位系統(GPS)和系統級管理軟體。而實現此高度整合的Snapdragon平台，為新一代智慧行動設備提供整天的電池壽命、永遠連線的連接處理性能和功耗優化組合。
身為行動運算處理器的領導者，高通率先引進28奈米製程於其Snapdragon晶片組，該晶片組整合2G、3G和長程演進計畫(LTE)，高通認為，28奈米的微架構將重新定義處理器性能，實現每核心高達2.5GHz處理速度，最大限度降低功耗和熱能的產生，以及晶片的尺寸，使行動設備可落實輕薄的外形。
透過提供完全整合的系統單晶片解決方案，高通可協助原始設備製造商(OEM)毋須再採用單獨分立元件架構，也不用花費更多時間進行產品的驗證，不僅可降低成本，也加快產品上市的時間。未來，高通也將持續跟進更新一代的製程技術。