內(nèi)置AMD處理器的Radeon HD 7970顯卡拆解

　　Radeon HD 7970顯卡 AMD

　　長(zhǎng)期以來(lái)，ATI公司(一家位于加拿大的顯卡制造公司)一直都是那些想要換掉Nvidia的電腦游戲愛(ài)好者的希望。其實(shí)ATI公司已于2000年發(fā)布過(guò)Radeon產(chǎn)品，至此以后，Radeon產(chǎn)品便成為ATI的旗艦產(chǎn)品，并成為了Nvidia的GeForece的直接競(jìng)爭(zhēng)者。

　　Radeon系列產(chǎn)品最主要的，也是最創(chuàng)新的理念在于內(nèi)置3D加速器功能。2006年，ATI公司被AMD以將近50億美元的價(jià)格收購(gòu)。從此，Radeon的顯卡家族成為了AMD家族的成員?，F(xiàn)在看來(lái)，這樣高價(jià)的收購(gòu)對(duì)AMD來(lái)說(shuō)是一個(gè)不壞的選擇，而ATI公司同意被收購(gòu)，也是一個(gè)不壞的舉措。兼并后，ATI公司得到了一家名譽(yù)極好的處理器生產(chǎn)商的支持，而Nvidia卻沒(méi)有，同時(shí)，ATI公司還能夠繼續(xù)生產(chǎn)其主要產(chǎn)品。同樣地，AMD也能夠獲得更大的專利組合，并在消費(fèi)類電子產(chǎn)品中占據(jù)更大的市場(chǎng)份額。AMD甚至還在其2010年前的顯卡上保留了ATI公司的標(biāo)志，并妥善維持了雙方的業(yè)務(wù)合作關(guān)系(包括與臺(tái)積電TSMC的合作關(guān)系)。

　　ATI公司在生產(chǎn)Radeon系列產(chǎn)品的關(guān)鍵部件上非常依賴于臺(tái)積電(TSMC)。比如，ATI-GPU-Radeon HD 4670(代號(hào)為RV730，于2008年發(fā)行)的制造就采用的是臺(tái)積電(TSMC)的55納米工藝。該芯片使用氧化刪介電層以及多晶硅柵制成。RV730在146mm2芯片面積上容納了約5億個(gè)晶體管。同樣的，ATI公司的Radeon HD 4770處理器(代號(hào)為RV740)則是采用臺(tái)積電(TSMC)的40納米工藝，并于2009年后期引入市場(chǎng)。HD 4770在138平方毫米的芯片面積內(nèi)包含了8.26億個(gè)晶體管，并使用了內(nèi)置鍺化硅，鍺化硅能夠大幅度提高PMOS晶體管的性能。同時(shí)，此程序首次使用了一個(gè)極低介電的金屬間介電層(IMD)，該介電層的介電常數(shù)低于2.5?；谒羞@些生產(chǎn)歷史，新一代的Radeon顯卡HD 7970應(yīng)運(yùn)而生。該產(chǎn)品在360平方毫米的芯片面積內(nèi)，有超過(guò)十億個(gè)晶體管。Radeon HD 7970采用了鍺化硅和高介電金屬柵極(HKMG)制造。

　　將HKMG運(yùn)用到標(biāo)準(zhǔn)CMOS工藝中，有兩種常用的方法。先引入柵極或后引入柵極。此術(shù)語(yǔ)指的是在源/漏極植入之前或之后形成金屬柵極的工藝步驟。根據(jù)具體采用的方法以及熱預(yù)算，可確定逸出功以及覆蓋氧化層。

　　Radeon HD 7970顯卡的主要處理器是AMD處理器，名為Tahiti。圖1中顯示了該顯卡拆解后的大概外觀，以及Tahiti芯片在顯卡上的位置。此顯卡采用的是fan-sink散熱器進(jìn)行冷卻。該顯卡擁有來(lái)自Hynix的12個(gè)GDDR5 2GB DRAM部件，這些部件基于45-納米節(jié)點(diǎn)。圖形處理器采用的是倒裝球柵陣列封裝(FCBGA)。

　　圖1：AMD-RADEON HD 7970芯片拆解圖

　　圖2：AMD-RADEON HD 7970顯卡處理器工藝節(jié)點(diǎn)的確定

　　基于掃描式電子顯微鏡(SEM)以及透射電子顯微鏡(TEM)的結(jié)構(gòu)分析報(bào)告表明，上述過(guò)程的工藝節(jié)點(diǎn)為低于30納米的節(jié)點(diǎn)。我們選擇了金屬1層pitch和6T-SRAM單元的區(qū)域，對(duì)工藝節(jié)點(diǎn)進(jìn)行確定，并在圖2中進(jìn)行了繪制。NMOS和PMOS具有相似的結(jié)構(gòu)，但PMOS的晶體管使用的是源/漏極水平的鍺化硅，從而提高可移動(dòng)性，同時(shí)，這種半導(dǎo)體在柵極疊層中還采用了其他的金屬層，從而對(duì)逸出功進(jìn)行調(diào)整。我們將在后面的報(bào)告中對(duì)此進(jìn)行詳細(xì)探討。

　　過(guò)去廣泛認(rèn)為，第三代Redeon顯卡將會(huì)使用TSMC最新的工藝節(jié)點(diǎn)。但是，在獲得帶有內(nèi)置鍺化硅的HKMG產(chǎn)品，以及超低介電IMD后，Radeon顯卡成為了非常優(yōu)秀的世界領(lǐng)先的處理器中的一員。此外，這款產(chǎn)品還成就了一家顯卡設(shè)計(jì)公司和一家晶圓帶工廠之間的長(zhǎng)期合作關(guān)系。這款顯卡很可能會(huì)發(fā)掘出更多的電腦游戲創(chuàng)新。