До сих пор все процессоры имели планарное строение, однако для дальнейшего технологического прорыва необходим переход к объемным структурам. Это позволит уменьшить напряжения и токи утечки, что обеспечит большую энергоэффективность.Первый шаг сделала Intel, которая представила новые процессоры Ivy Bridge, изготовленные по технологии Tri-Gate. Новые чипы будут производиться на основе 22-нанометровой технологии (1 нм равен одной миллиардной метра).
Переход на новую структуру является революционным событием, так как до настоящего момента в массовой электронике использовались исключительно планарные структуры. Это касается не только компьютеров, мобильных телефонов и потребительской электроники, но и контроллеров в автомобилях, космических кораблях, бытовой технике, медицинском и другом оборудовании.
Ученые давно признают преимущества 3D-структур, которые позволят следовать закону Мура, ведь с уменьшением физических размеров возникают новые сложности. Корпорация Intel заявляет о готовности внедрить технологию Tri-Gate, позволяющую продолжить развитие полупроводниковой промышленности прежними темпами.
Tri-Gate в действии
Транзистор по технологии tri-gate может быть изготовлен как на подложке SOI (кремний на изоляторе), так и на стандартной подложке из кристаллического кремния. В нем применяются один электрод затвора в верхней части канала и два электрода затвора по бокам канала.
Таким образом, как видим, транзистор имеет 3D-структуру.
Производительность короткого канала транзистора определяется отношением фактического значения LG к фактическому значению WSi. Масштабирование WSi обеспечивает дополнительное улучшение электростатики транзистора совместно с масштабированием LG, а также с масштабированием перехода исток/сток и диэлектрика затвора. Общий групповой управляющий ток транзистора равен сумме управляющих токов транзистора с верхним затвором и двух транзисторов с боковыми затворами, или 2HSi +WSi. Таким образом, чем выше транзистор, тем больше общий групповой управляющий ток.
Транзисторы Intel 3-D Tri-Gate позволяют создавать процессоры, работающие на меньших значениях напряжения и с меньшими токами утечки, благодаря чему достигаются беспрецедентный уровень энергоэффективности и значительный прирост скорости работы в сравнении с существующими чипами. Новые возможности расширяют поле для работы конструкторов, помогая им создавать идеальные решения для различных сфер.
Трехмерные транзисторы Tri-Gate, изготовленные на базе 22-нм техпроцесса и работающие на низком напряжении, предлагают до 37% более высокую производительность в сравнении с обычными транзисторами, изготовленными на базе 32-нм технологии. Этот невероятный рост делает новые чипы идеальными для карманных устройств, которые ради экономии заряда батареи вынуждены постоянно переходить из одного режима энергопотребления в другой. Процессоры с новыми транзисторами могут потреблять менее половины мощности, чем 32-нм чипы с двухмерной структурой, предлагая тот же уровень производительности.
Закон Мура действует
В соответствии с законом Мура (названным в честь одного из основателей Intel Гордона Мура), транзисторы становятся быстрее, дешевле и эффективнее. Руководствуясь этой формулой, Intel продолжаtет наращивать производительность чипов и расширять их функциональность с одновременным снижением себестоимости.
Однако с приближением к 22-нм норме следовать закону Мура становится все сложнее. В 2002 г. в научно-исследовательских лабораториях Intel была изобретена технология Tri-Gate, в названии которой отражается трехмерная структура затвора транзистора. Сегодняшний анонс свидетельствует о полной готовности Intel продолжить инновационный путь развития и внедрить перспективную технологию в массовое производство микросхем.
Выпуск Tri-Gate – это изобретение транзисторов вновь, так как традиционные планарные элементы становятся трехмерными. Это снижает сопротивление при прохождении электронов через транзистор, когда он находится в открытом состоянии и почти полностью перекрывает поток в закрытом, позволяя быстрее переключаться (это повышает производительность).
Точно так же, как небоскребы позволяют эффективнее использовать землю, трехмерные транзисторы Tri-Gate позволяют добиваться более высокой плотности размещения логических элементов в микросхеме.
«На протяжении многих лет мы осознавали, что с уменьшением величины транзисторов в конечном счете упремся в определенный предел, - заявил Гордон Мур. - Преобразование базовой структуры - революционный подход, который позволяет следовать закону Мура».
22-нм трехмерные транзисторы Tri-Gate
Переход на новые трехмерные транзисторы Tri-Gate будет осуществлен вместе с переходом на новую 22-нм технологическую норму, отражающую размер элементарных блоков интегральных схем. Более 6 миллионов 22-нм транзисторов Tri-Gate может вместиться в отрезок, равный длине этого предложения.
Сегодня Intel демонстрирует первый в мире микропроцессор под кодовым именем Ivy Bridge, изготовленный на базе 22 нм, предназначенный для ноутбуков, настольных компьютеров и серверов. Процессоры Intel Core под кодовым названием Ivy Bridge станут первыми массовыми чипами с транзисторами 3-D Tri-Gate. Серийное производство процессоров Ivy Bridge планируется начать в конце текущего года.
Нововведение позволит создавать все более энергоэффективные и производительные процессоры Intel Atom для мобильных устройств и встраиваемых решений. Новые чипы будут удовлетворять требованиям рынка по энергопотреблению, скорости работы и цене. Базируясь на архитектуре Intel, они будут совместимы с самым широким перечнем операционных систем и прикладного программного обеспечения.
«Изобретение транзисторов Tri-Gate и внедрение новой технологии в 22-нм чипы меняют правила игры, - заявил президент и Intel Пол Отеллини (Paul Otellini). - В сочетании с материалами, обладающими особой диэлектрической проницаемостью, элементами с металлическими затворами, 3D-транзисторы помогут Intel значительно снизить потребление энергии, стоимость чипа в расчете на один транзистор и существенно поднять производительность».
В ближайшее время и другие производители процессоров должны подхватить новые тенденции.
