211service.com
Kaip trimačiai tranzistoriai perėjo iš laboratorijos į gamyklą
Šios savaitės pradžioje paskelbtas naujas „Intel“ trimačio tranzistoriaus dizainas yra daugiau nei dešimtmetį trukusio mokslinių tyrimų ir plėtros darbo, prasidėjusio 1999 m. Kalifornijos universiteto Berklyje laboratorijoje, kulminacija.
Naujajame „Intel“ dizaine silicio kanalas yra pakeltas kaip pelekas, kad vartai su juo liestųsi iš trijų pusių. (Didelė grafika kitame puslapyje.)
22 nanometrų tranzistoriai, dėl kurių „Intel“ teigimu, lustai bus 37 procentais greitesni ir perpus mažiau energijos, bus naudojami kiekvienam bendrovės 22 nanometrų skalės lustų elementui, įskaitant logikos ir atminties grandines. Trijų vartų tranzistorius naudojantys procesoriai buvo demonstruojami veikiančiose sistemose, o masinę gamybą įmonė pradės šių metų antroje pusėje. Neaišku, kaip įrenginių gamintojai pasinaudos lustais, tačiau tikėtina, kad jie pagerins baterijos veikimo laiką ir pagerins nešiojamų įrenginių rafinuotumą, taip pat pagreitins stalinių kompiuterių ir serverių apdorojimą.
„Intel“ pasirinko naują dizainą, nes esami dizainai pradėjo susidurti su našumo kliūtimis. Įprasti tranzistoriai yra sudaryti iš metalinės konstrukcijos, vadinamos vartais, sumontuotais ant plokščio silicio kanalo. Vartai kontroliuoja srovės srautą per kanalą iš šaltinio elektrodo į nutekėjimo elektrodą. Su kiekviena lustų karta kanalas tapo vis mažesnis ir mažesnis, todėl tokioms įmonėms kaip „Intel“ galima gaminti greitesnius lustus, pakuojant daugiau tranzistorių. Tačiau vartams tapo sunkiau visiškai nutraukti srovės tekėjimą. Nesandarūs tranzistoriai, kurie visiškai neišsijungia, eikvoja energiją.
Trijų vartų tranzistoriai naudoja stačiakampius silicio kanalus, kurie prilimpa nuo lusto paviršiaus, todėl vartai gali liestis su kanalu iš trijų pusių, o ne tik iš vienos pusės. Šis intymesnis kontaktas reiškia, kad vartai gali beveik visiškai išjungti tranzistorių net esant 22 nanometrų skalei, o tai yra atsakinga už energijos vartojimo efektyvumo padidėjimą naujuose Intel lustuose. Taip pat galima pagaminti trijų vartų tranzistorius su daugiau nei vienu silicio kanalu, prijungtu prie kiekvieno užtvaro, siekiant padidinti srovės, kuri gali tekėti per kiekvieną tranzistorių, kiekį ir užtikrinti didesnį našumą.
Multimedija
Moore'o įstatymas: tranzistorių istorija vaizduose.
Instruktažas: Mikroprocesoriai
Mikroprocesoriaus kūrimo laiko juosta.
„Intel“ neišrado šio tranzistoriaus dizaino, tačiau bendrovė pirmoji pradėjo jį gaminti. Pramonės analitikas teigia, kad jei įmonė būtų pasilikusi prie plokštuminių tranzistorių, pereidama nuo 32 iki 22 nanometrų tranzistorių, lustų efektyvumas ir našumas būtų padidėję 20–30 procentų. Linley Gwennap . Buvo spėliojama, kad bendrovė naudos naują tranzistorių dizainą atminties elementams, o ne logikai, ir taip visiškai nepanaikins plokštuminių tranzistorių. Gwennapo teigimu, naudodama trijų vartų technologiją ir atminčiai, ir logikai, „Intel“ tikrai veržiasi į tvoras ir pastebi didelį našumo pagerėjimą, o tai gali būti didžiulis pranašumas prieš konkurentus.
Juda aukštyn: Įprastame tranzistoryje (kairėje) viršuje sumontuoti vartai valdo elektros srovės srautą per žemiau esantį plokščią silicio kanalą. Naujajame „Intel“ dizaine (dešinėje) silicio kanalas yra pakeltas kaip pelekas, kad vartai su juo liestųsi iš trijų pusių. Tai leidžia geriau valdyti srovės srautą kanalu ir sumažina galios nuotėkį.
Šiuos trimačius tranzistorius pirmą kartą sugalvojo ir pastatė trys Kalifornijos universiteto Berklio tyrėjai 1990-ųjų pabaigoje, atsiliepdami į Jungtinių Valstijų gynybos pažangiųjų tyrimų projektų agentūros kvietimą sukurti projektus, kurie leistų tranzistorių mastelį pasiekti žemiau 25. nanometrų – eilės tvarka mažesnė nei tuo metu gaminami. Chenmingas Hu 1996 m. lėktuvu į Japoniją surašė naujojo tranzistoriaus technines specifikacijas. Berklio grupė, kurią sudaro Hu, Džefris Bokoras , ir Tsu-Jae karalius Liu Pirmą kartą šiuos tranzistorius, pavadintus FinFET, pagamino 1999 m.
Tai buvo tiesioginis smūgis, sako Hu. Universitetas nusprendė išleisti intelektinę nuosavybę į viešąją nuosavybę, o ne patentuoti; Berklio tyrėjams nuolat tobulinant dizainą, Hu pristatė darbą keliose įmonėse, įskaitant „Intel“. Iki 2002 m. „FinFET“ ir antrasis „Berkeley“ dizainas, žinomas kaip silicis ant izoliatoriaus, buvo įrenginiai, kuriems pirmenybė buvo teikiama. Tarptautinis puslaidininkių technologijų planas kaip technologijos, kurios gali patenkinti pramonės poreikius per ateinančius 15 metų. Tačiau bent jau Intel „FinFET“ aplenkė antrąjį dizainą, kuris priklauso nuo labai plono silicio sluoksnio pridėjimo prie tranzistoriaus. Dar maždaug prieš dvejus metus silicio plokšteles gaminančios įmonės nesugebėjo pakankamai plono aktyvaus sluoksnio. prancūzų kompanija Soitec dabar gali gaminti šiam alternatyviam dizainui reikalingas plokšteles, o Hu teigia, kad „Intel“ konkurentai kada nors gali jį pritaikyti.
Daug žadančio trimačio prietaiso dizaino iškėlimas iš laboratorijos ir gamyba užtruko apie dešimtmetį. „Intel“ neatskleidė daug detalių apie tai, kokių nuostabių atnaujinimų reikia norint pagaminti naujus tranzistorius, tačiau remdamasi tuo, kad naujų medžiagų ar mašinų, matyt, nereikia, ir nežymiu gamybos sąnaudų padidėjimu 2–3 proc. įmonė – pokyčiai atrodo nedideli. Bendrovė teigė, kad trimačių kanalų kūrimas apima tik papildomą ėsdinimo žingsnį.
Hu sako, kad Berklio tyrėjai nuo pat pradžių nusprendė, kad jų naujasis dizainas turės būti suderinamas su esama pramonės infrastruktūra, ir tai pasitvirtino. Hu sako, kad pagrindinė kliūtis ruošiant technologiją masinei gamybai greičiausiai buvo patikimumas: labai plono kanalo matmenų suvaldymas, kai kiekvienoje plokštelėje jų turi būti pagaminta milijardai.
Hu sako, kad Berkeley grupė sukūrė šiuos tranzistorius taip, kad jiems nereikėtų grandinių projektuotojų visiškai perdaryti lustų architektūrą. Tai yra dalis priežasties, kodėl „Intel“ gali taip greitai gauti produktus. Hu grupė pastaruosius penkerius metus dirbo su trijų vartų tranzistorių grandinės modeliavimo įrankiais.
Vis dėlto grandinių projektuotojai mato naujas galimybes, kurios gali atsiverti su šiais tranzistoriais. Jie siūlo naujus būdus, kaip suderinti atskirų vartų veikimą, o tai suteikia dizaineriams naujų rankenėlių, su kuriomis galima žaisti, siekiant dar labiau pagerinti energijos vartojimo efektyvumą ir patikimumą, sakoma pranešime. Subhašišas Mitra , Stenfordo universiteto elektros inžinerijos ir informatikos profesorius. Mitra priduria, kad per maždaug dešimtmetį pradėtas gaminti visiškai naujas tranzistorius, tai yra džiuginantis ženklas, kad pramonė nėra pasenusi ir kad geros technologijų idėjos vis dar gali būti naudojamos akademinėse laboratorijose.