Intel rewolucjonizuje tranzystor

Trójwymiarowe tranzystory Tri-Gate są znaczącym krokiem w przód i odejściem od stosowanej powszechnie technologii tranzystorów dwuwymiarowych, z których korzysta się do produkcji procesorów zasilających nie tylko komputery ale także urządzenia elektroniki konsumenckiej, systemy elektroniki samochodowej, samoloty, urządzania gospodarstwa domowego, urządzenia medyczne i tysiące różnych kategorii produktów elektronicznych.

“Naukowcy i inżynierowie Intela po raz kolejny wynaleźli tranzystor na nowo. Kontynuowanie Prawa Moore’a pozwoli na powstanie niezwykłych urządzeń, kreujących zupełnie nowy świat technologii” – powiedział Paul Otellini, President and CEO Intela.

Tranzystor trochę mniejszy niż atom (fizyczny)

Naukowcy od dawna są świadomi zalet trójwymiarowej struktury tranzystorów, jako kluczowego elementu do dalszej miniaturyzacji procesorów. Pokonując kolejne etapy Prawa Moore’a i produkując tranzystory niewiele większe od rozmiaru atomu, nowe technologie są niezbędne, aby stawić czoła prawom fizyki.  Najważniejszym elementem dzisiejszego ogłoszenia jest możliwość masowej produkcji procesorów opartych na tranzystorach 3-D Tri-Gate, co stworzy możliwości powstawania nowych generacji urządzeń.  

Co na to Moore?

Prawo Moore’a jest swojego rodzaju “przepowiednią”, od ponad 40 lat dyktującą tempo rozwoju krzemowych technologii produkcji procesorów. Mówi ono, że co ok. 2 lata będzie podwajać się gęstość tranzystorów na ustalonej powierzchni, tym samym zwiększając funkcjonalność i wydajność nowych generacji procesorów, przy jednoczesnym obniżeniu kosztów produkcji.

Niespotykana oszczędnośc energii i wzrost wydajności

Nowe tranzystory 3-D Tri-Gate Intela pozwolą procesorom na pracę przy niższym napięciu i ograniczeniu strat energetycznych, czego wynikiem będzie zwięszona wydajność i zmnieszone zapotrzebowanie na energię, w porównaniu do poprzedniej generacji tranzystorów. Te właściwości dadzą projektantom procesorów nowe możliwości i wybór zastosowania tranzystorów o konkretnych właściwościach do produkcji chipów nastawionych na zwiększoną wydajność lub zmniejszony pobór energii.

Co ma 3-D Tri-Gate?

Nowe 22nm tranzystory 3-D Tri-Gate oferują do 37% więcej wydajności przy niskim napięciu w porónaniu z 32nm dwu-wymiarowymi jednostkami. Jest to cecha która będzia kluczowa w zastosowaniach do smartfonów i innych urządzeń mobilnych, które wymagają coraz większej funkcjonalności i mocy przy zachowaniu długiego czasu pracy na baterii.Alternatywnie nowe tranzystory, przy zachowaniu tej samej wydajności,  konsumują o ponad 50% mniej energii, niż poprzednia 32nm generacja.

“Wzrosty wydajności przy jednoczesnym mniejszym zapotrzebowaniu na energię, które uzyskaliśmy dzięki nowej generacji tranzystorów 3-D Tri-Gate, mają niespotykany wcześniej poziomJest to kamień milowy, który pozwala nam na oferowanie nawet czegoś więcej niż sugeruje Prawo Moore’a. Skala obniżenia poboru energii jest o wiele większa, niż zwykle spotykana przy tranzycji z jednej generacji procesu produkcyjnego na drugą. Producentom otworzy to zupełnie nowe możliwości w zwiększaniu wydajności obecnych urządzeń oraz pozowli na projektowanie zupełnie nowych kategorii produktów. Wierzymy, że ten przełom jeszcze bardziej zwiększy naszą przewagą technoologiczną nad resztą przemysłu półprzewodnikowego” –  powiedział Mark Bohr, Intel Senior Fellow.

Taniej, taniej, zmiany

Z biegiem czasu tranzystory stają się coraz mniejsze, tańsze w produkcji i bardziej wydajne energetycznie – zgodnie z Prawem Moore’a, które sformuował współzałożyciel Intela Gordon Moore. Dzięki temu Intel może oferować coraz to nowe generacje produktów, dodając więcej funkcji i rdzeni do każdego procesora, zwiększając ich wydajność i obniżając koszt produkcji przeliczony na jeden tranzystor. Utrzymanie dynamiki postępu Prawa Moore’a stało się jeszcze bardziej skomplikowane przy generacji 22nm tranzystorów. Przewidując to wyzwanie, naukowcy i inżynierowie Intela w 2002 roku wynaleźli tranzystor, który nazwali „Tri-Gate” (trój-bramkowy) ze względu na zastosowanie bramki kontrolującej przepływ energii z trzech stron (a nie jednej, jak w poprzednich generacjach).  Ogłoszony dziś przełom jest wynikiem wielu lat badań i pozwala na wdrożenie tej technologii do masowej produkcji.

Wynalazek 3-D Tri-Gate

• Tranzystory 3-D Tri-Gate to praktycznie “wynalezienie” tranzystora od nowa. Stosowane dziś,  tradycyjne „płaskie” dwuwymiarowe “bramki” zostają zastąpione przez niezwykle cienkie, trójwymiarowe, pionowe „żebro” (kanał tranzystora, tórym poruszają się elektrony) wyrastające z krzemowego podłoża.
  
• Kontrola przepływającej energii ma miejsce teraz z trzech stron “zebra” – dwóch po bokach i jednej z góry – w przeciwieństwie do tylko jednostronnej kontroli od góry w tranzystorach dwuwymiarowych poprzedniej generacji. Dodatkowa kontrola pozwala na zwiększenie przepływu energii gdy tranzystor jest włączony (dla większej wydajności) i zmniejszenie niekontrolowanego upływu energii praktycznie do zera, gdy jednostka jest nieaktywna (dla większej energooszczędności).
  
• Podobnie jak drapacze chmur umożliwiają urbanistom na lepsze zagospodarowanie przestrzeni poprzed budowanie w górę, nowe tranzystory Intel 3-D Tri-Gate pozwalają lepiej zarządzać zagęszczeniem tranzystorów. Ponieważ „żebra” transmitujące energię mają orientację pionową, a nie poziomą, tranzystory moga być umieszczane bliżej siebie – ograniczając przestrzeń potrzebną do budowy procesora. Jest to kluczowa zaleta pozwalająca skorzystać z technologicznych i finansowych aspektów Prawa Moore’a.
  
• W kolejnych generacjach projektanci będą mieli możliwość zwiększać wysokość “żeber” aby uzyskać jeszcze większą wydajność przy zmniejszonym zapotrzebowaniu na energię.  

Pierwsza na świecie demonstracja tranzystorów 22nm 3-D Tri-Gate

Tranzystory 3-D Tri-Gate będą podstawą w nadchodzącym 22nm procesie produkcyjnym. Ponad 6 milionów 22nm tranzystorów Tri-Gate zmieści się na powierzchni kropki na końcu tego zdania. Dziś Intel także zademonstrował pierwsze na świecie, działające procesory 22nm, o nazwie kodowej „Ivy Bridge”, pracujące w notebooku, serwerze i desktopie. Nowa rodzina 22nm procesorów Intel® Core™ będzie pierwszą produkowaną masowo, która wykorzysta tranzystory 3-D Tri-Gate. Ivy Bridge będzie gotowe do produkcji masowej pod koniec tego roku.