Революция в транзисторите. Intel въвежда 3D технология

Intel, най-големият производител на процесори в света, обяви пробив в еволюцията на транзисторите. За първи път от откриването на силициевите транзистори преди повече от 50 години ще бъдат въведени в масово производство транзистори с триизмерна структура.

3D-транзисторният дизайн, наречен Tri-Gate, беше обявен за първи път от Intel през 2002 г. Сега тази технология ще влезе в масово производство при 22-нанометровите чипове с кодово име “Ivy Bridge”.

Триизмерните Tri-Gate транзистори са фундаментално различни от двуизмерните, които представляват равнинна транзисторна структура, използвана в продължение на десетилетия не само във всички компютри, мобилни телефони и потребителска електроника, но също и в електрониката за автомобили, космически кораби, домакински уреди, медицински устройства и буквално хиляди други прибори от ежедневието.

Невероятни, променящи света устройства ще бъдат създадени, благодарение на третото измерение, заяви Пол Отелини, президент и главен изпълнителен директор на Intel.

Колко точно са малки 22 нанометра

• Оригиналният транзистор, изграден от Bell Labs през 1947 г., е бил достатъчно голям, за да се сглоби на ръка. За разлика от него, повече от 100 милиона 22 нанометрови tri-gate транзистори могат да се поберат на върха на една карфица.

• Над 6 милиона 22 нанометрови tri-gate транзистора могат да се поберат в точката в края на това изречение.

• „Вратичките” на един 22 нанометров tri-gate транзистор са толкова малки, че можете да разположите над 4000 от тях по широчината на един човешки косъм

• Ако типичната къща се свие по начина, по който са се смалили транзисторите, няма да можете да я видите без микроскоп. За да видите 22 нанометров обект с просто око, ще трябва да уголемите чипа така, че да надвишава размера на една къща.

• В сравнение с първия микропроцесор на Intel – 4004, представен през 1971 г., един 22 нанометров CPU работи над 4000 пъти по-бързо, а всеки транзистор използва около 5000 пъти по-малко енергия. Цената за транзистор е намаляла с коефициент от около 50 000.

• Един 22 нанометров транзистор може да се включва и изключва над 100 милиарда пъти в секунда. Би ви отнело около 2000 години да включите и изключите фенерче толкова много пъти.

• Едно е да се проектира tri-gate транзистор, но нещо коренно различно е да се пусне в масово производство. Фабриките на Intel произвеждат над 5 милиарда транзистора всяка секунда. Това са 150 000 000 000 000 000 транзистора годишно, което е равно на над 20 милиона транзистора за всеки мъж, жена и дете на Земята.

Учените отдавна са признали ползите от 3D структурата за поддържане на темпа на Закона на Мур, тъй като размерите на станаха толкова малки, че законите на физиката се превърнаха в бариери пред напредъка. Ключът към днешния пробив на Intel е възможността за прилагане на новия 3D Tri-Gate дизайн на транзистори в масово производство. Това е навлизане в следващата ера на Закона на Мур и врата към ново поколение от иновации в широк спектър от устройства.

Законът на Мур прогнозира темповете на развитие на силициевите технологии, като твърди, че на около всеки 2 години гъстотата на транзисторите ще се удвоява, съпътствано от увеличаване на функционалността и производителността и намаляване разходите. Законът се превърна в основен бизнес модел за полупроводниковата индустрия в продължение на повече от 40 години.

3D Tri-Gate транзисторите ще позволят на чиповете да работят при по-нисък волтаж, с по-малко утечки, като осигурят безпрецедентна комбинация от производителност и енергийна ефективност, в сравнение с предишните шедьоври на транзисторните технологии. Новите възможности дават на проектантите на чипове гъвкавост да избират транзистори с ниска мощност или с висока производителност, в зависимост от приложението.

22-нанометровите 3D Tri-Gate транзистори увеличават с до 37% производителността при нисък волтаж, в сравнение с 32-нм двуизмерни транзистори на Intel. Това означава, че те са идеални за употреба в малки и икономични в консумацията на енергия ръчни устройства. Новите транзистори консумират по-малко от половината енергия от 2D транзисторите в 32-нм чипове при една и съща производителност се използват.

Транзисторите продължават да стават по-малки, по-евтини и по-енергийно ефективни в съответствие със Закона на Мур, който носи името на съоснователя на Intel – Гордън Муур. Поради това, Intel беше способна да прави иновации, да интегрира и да добавя още функции и изчислителни ядра към всеки чип, като увеличава производителността и намалява производствените разходи за транзистор.

Поддържайки прогреса на Закона на Мур става още по-сложно с 22-нм поколение транзистори. Ето защо учени на  Intel изобретиха през 2002 година Tri-Gate транзистора, именуван така, заради трите страни на гейта. Анонсът днес е следствие от още 8 години на разработки.

3D Tri-Gate транзисторите фактически преоткриват класическия транзистор. Традиционният „плосък” двуизмерен гейт е заменен от невероятно тънко триизмерно силициево ребро, което се издига вертикално от силициевата основа. Контролът върху електрическия поток се постига чрез имплементиране на гейт на всяка от трите страни на реброто – по два от всяка страна и един отгоре – вместо само един отгоре, както е при 2D транзистора.

Допълнителният контрол позволява преминаване на възможно най-много електричество през транзистора, когато той е „включен” (за производителност), и клони към нула, когато е „изключен” (за минимизиране на потреблението на енергия). Осве това транзисторът се превключва много бързо между двете състояния (отново с цел производителност).

Точно както небостъргачите позволяват на градоустройствените архитекти да оптимизират наличното пространство като строят високи сгради, Intel 3D Tri-Gate структурата на транзисторите предоставя начини за управление на гъстотата. Тъй като се използват вертикални ребра, транзисторите могат да бъдат поставени по-близо един до друг, което е изключително важна полза за следване Закона на Мур. В бъдеще проектантите ще могат да продължават да увеличават височината на ребрата, за да постигат дори още по-големи увеличения на производителността и енергийната ефективност.

“В продължение на години ние наблюдавахме ограниченията пред това колко малки могат да станат транзисторите”, казва Мур. “Тази промяна в базовата структура е истински революционен подход, който ще продължи историческия темп на развитие на иновациите и Закона на Мур”, допълва съоснователят на Intel.

3D Tri-Gate транзистор ще бъде приложен при предстоящия производствен процес на компанията, наречен „22-nm node”. Повече от 6 милиона 22-нм Tri-Gate транзистора могат да се поберат в точката в края на това изречение.

Първият в света 22-нм микропроцесор с кодово име “Ivy Bridge” ще намери приложение в лаптопи, сървъри и настолни компютри. Базираните на Ivy Bridge процесори Intel Core ще ще влязат в масово производство до края на годината.

Пробивът в силициевите технологии ще помогне също за създаване на по-високо интегрирани продукти, базирани на процесори Intel Atom.