Технологичният гигант Intel обяви едно от най-големите постижения в дизайна – компанията е използвала два нови материала при изграждане на 45-нанометровите си транзистори. Милиони от тях ще бъдат интегрирани в многоядрените процесори от следващо поколение Core 2 Duo, Core 2 Quad и Xeon.
Intel вече разполага с първите пет работещи 45-нанометрови продукта от общо петнадесет запланувани. Новият тип транзистор ще гарантира по-нататъшното увеличение на скоростта на процесорите за персонални компютри, лаптопи и сървъри. Същевременно, технологията ще намали загубата на ток от транзисторите, с което се преодоляват пречки в дизайна на чипа, като например високата консумация на енергия.
Законът на Мур в действие
Новото постижение на Intel потвърждава действието на закона на Мур, който се явява високотехнологична аксиома за индустрията. Според закона, броят на транзисторите в чипа се удвоява на всеки две години.
Intel вярва, че е с минимум една година напред в сравнение с останалите производители на полупроводници, благодарение на първите работещи 45-нанометрови процесори от следващо поколение с кодово име Penryn. Първите версии, които ще бъдат създадени за пет различни компютърни сегмента, работят с операционните системи Windows Vista, Mac OS X, Windows XP и Linux.
Intel ще използва в производството на Penryn нов материал, наречен high-k, както и нова комбинация от метали за електрода на транзисторния гейт. „Въвеждането на метали и high-k материали отбелязва най-голямата промяна в технологията за транзистори, откакто са въведени MOS транзисторите с полисилициеви гейтове в края на 60-те години”, каза Гордън Мур, съосновател на Intel.
Транзисторите представляват миниатюрни превключватели, които обработват единици и нули. Гейтът включва и изключва транзистора, като е изолиран от токовия канал с диелектрик. Съчетанието на металните гейтове и диелектрика high-k води до транзистори с много малка загуба на ток и рекордно висока производителност.
Тъй като броят на транзисторите в един чип се удвоява на всеки две години, съгласно закона на Мур, Intel може да интегрира все повече възможности в своите процесори, например да добавя нови ядра, като така увеличава производителността и намалява производствените разходи. За да се поддържа това ниво на развитие, транзисторите трябва да стават все по-малки.
Но с използване на днешните материали, възможността за намаляване на размерите на транзисторите достига предела си, тъй като увеличаващата се мощност и загряването достигат космически стойности. В резултат на това, става наложително да се използват нови материали, които ще осигурят бъдещото на закона на Мур и икономиката на информационната ера.
Рецептата “High-k, Metal Gate”
Силициевият диоксид се използва за изолация в транзистора в продължение на 40 години, заради способността си да осигури подобрения в производителността чрез все по-тънък слой. Intel успешно намали дебелината на гейта на силициевия диоксид при предишната 65-нанометрова технология до 1.2 nm – което е еквивалентно на пет атомни слоя. Но продължителното изтъняване на слоя доведе до увеличаване на загубата на ток.
Именно тази загуба при транзистора се приема за едно от най-трудните предизвикателства в индустрията, с които законът на Мур се сблъсква. За да разреши проблема, Intel замести силициевия диоксид с по-тънък материал за изолация, базиран на хафний и наречен high-k. Той намалява загубата на ток с повече от 10 пъти в сравнение със силициевия диоксид.
Втората част от рецептата на Intel за 45-nm транзистор e разработката на нов метален гейт. Комбинацията от high-k изолатор с метален гейт при 45-nm процес осигурява повече от 20% увеличение на производителността на транзистора. От друга страна, новите материали намаляват загубата на ток с повече от 5 пъти и по този начин подобряват енергийната ефективност на транзистора.
45-нанометровият процес също подобрява транзисторната плътност приблизително 2 пъти, в сравнение с предишното поколение технология, което позволява на Intel да увеличи общия брой на транзисторите или да направи процесорите по-малки. По-малкият размер на 45-nm транзистори означава и по-малка консумация на енергия –приблизително с 30%. Intel ще използва медни проводници с low-k изолатор за вътрешните връзки при 45 nm процесори, заради ценовите предимства и високата производителност, които те предлагат.
Процесорите Penryn
Серията процесори Penryn е производна на микроархитектурата Intel Core и бележи следващата стъпка в развитието. Intel планира над 15 продукта, базирани на 45 nm технология, за настолни, мобилни и корпоративни компютри.
Двуядрените процесори Penryn включват повече от 400 милиона транзистора, а четириядрените – над 800 милиона. Серията Penryn разполага и с приблизително 50 нови инструкции Intel SSE4, които разширяват възможностите и производителността за мултимедийни и високопроизводителни приложения.