Tranzistor 3D
Termenul de tranzistor 3D indică o evoluție specială a tranzistoarelor tradiționale care nu are în vedere un design plan, ci tridimensional. Dezvoltarea tranzistoarelor cu structură tridimensională a fost realizată de diverse companii și grupuri de cercetare (printre acestea una dintre cele mai active a fost întotdeauna Intel ) și caracteristica specifică a acestor soluții este aceea de a conține nu una, ci porți de 3 " ".
În 2007, Intel a anunțat că acest tip de tranzistor ar putea debuta în 2009 în viitoarele procesoare bazate pe arhitecturile Westmere și Sandy Bridge construite cu un proces de producție de 32nm, dar ulterior nu au mai existat confirmări în acest sens și, prin urmare, a apărut probabil una trecerea acestei revoluții la procese de producție și mai avansate. Acest fapt a fost apoi confirmat de Intel în 2011 , după ce a anunțat utilizarea acestei tehnologii în procesoare de 22nm bazate pe arhitectura Ivy Bridge .
Caracteristici tehnice
Primii tranzistori 3D au fost anunțați inițial în 2002 , dar, ulterior, știrile despre aceștia au devenit foarte rare și s-au subțiat în timp; la mijlocul anului 2007, Intel s-a întors să vorbească despre acest proiect, semn că nu a fost niciodată abandonat de producătorul american, în ciuda insuficienței informațiilor publicate presei. Cu ocazia acestui ultim eveniment, Intel a declarat că, prin combinarea procesului de producție de 32 nm cu acest nou tip de tranzistor, ar fi posibil să se obțină o creștere substanțială a eficienței procesorelor, cuantificând reducerea consumului de până la 35 % comparativ cu ceea ce se poate obține prin utilizarea tranzistoarelor tradiționale.
Imediat a fost clar că introducerea tranzistoarelor 3D va deveni o adevărată revoluție, prima din 1950 , anul în care au fost creați primii tranzistori „tradiționali”, în proiectarea componentei de bază a oricărui circuit integrat . Diferența fundamentală a noilor tranzistoare în comparație cu cele clasice constă în poziționarea și numărul „porților”; dacă în tranzistoarele tradiționale (care au o structură plană) există o singură poartă poziționată plat pe substrat, în tranzistoarele 3D (numite și "tranzistori tri-poartă") există 3 porți și, în special, unul dintre acestea este poziționat deasupra alte 2, dispuse vertical și care permit o zonă de 3 ori mai mare pentru mișcarea electronilor.
Avantajele noului tranzistor
Potrivit Intel, dezvoltarea acestui nou tip de tranzistor va rezolva o problemă care odată cu succesiunea generațiilor de procese de producție devine rapid dificilă de a opri: pe măsură ce tranzistoarele devin de fapt mai mici, scurgerile actuale (numite și Power Leakage ) cresc în timpul stării „oprit” în care tranzistorul ar trebui să blocheze trecerea sarcinilor, în consecință crescând și consumul de curent al dispozitivului. Aceasta este o problemă cu care Intel s-a confruntat cel mai grav atunci când trecea la procesul de fabricație de 90nm introdus cu Prescott Pentium 4 consumând până la 115W.
De-a lungul timpului, au fost dezvoltate alte tehnici pentru a limita fenomenele de dispersie curentă, iar printre acestea una dintre cele mai importante a venit la sfârșitul anului 2007 chiar de Intel în momentul tranziției de la procesul de producție de 65 nm la cel de 45 nm ; în procesoarele bazate pe acesta din urmă, s - au folosit „ dielectrici high-k ” (straturi dielectrice, deci izolante, cu constantă mare k, sau „mai izolante”), combinate cu „ tranzistori metalici de poartă ” (tranzistori cu terminale „poartă” metalizate ) pe bază de hafniu . Folosirea „dielectricelor high-k” a permis creșterea grosimii stratului dielectric și în același timp creșterea efectului de câmp al porții, ceea ce a dus la un curent mai mare în starea „pornit”, mai puțin intens în starea „oprit” ", și o scădere semnificativă a dispersiei. Datorită acestui fapt, s-a obținut o reducere de aproximativ 30% a puterii necesare pentru pornirea / oprirea tranzistoarelor, crescând astfel eficiența curentă cu 20%, ceea ce se reflectă direct într-o creștere de 20%.
Inovația introdusă cu procesul de producție de 45 nm, deși semnificativă pentru a conține consumul maxim, a păstrat totuși structura plană tradițională a tranzistorului. În tranzistorul 3D, adăugarea a 2 porți va permite o creștere a curentului care trece prin dispozitiv, dar fără creșterea corespunzătoare a dispersiei, dat fiind că „canalele” prin care pot trece purtătorii de încărcare vor fi 3 și nu mai vor fi unul. .
Primele prototipuri
Cu ocazia evenimentului desfășurat în 2007 (care a rămas ultimul în care Intel menționase această tehnologie înainte de noul anunț din 2011 ) în care au fost prezentate unele tehnologii în studiu pentru anii următori, Intel a arătat câteva imagini realizate la microscopul electronic dintre primele prototipuri 3D cu tranzistor, care la acel moment erau încă realizate la 65 nm. Se pare că aceste prototipuri au fost cu 45% mai rapide decât tranzistoarele plane normale (întotdeauna la 65 nm), dar cu o scurgere de curent de mai puțin de 50 de ori.
Intel a subliniat imediat că data preconizată a lansării în acel moment ( 2009 , combinată cu procesul de producție de 32nm) a fost doar orientativă și departe de a fi sigură, având în vedere imaturitatea etapei de dezvoltare. De fapt, o astfel de revoluție, dincolo de problemele de proiectare și producție , aduce în mod evident multe alte corelații, chiar și în dezvoltarea arhitecturilor procesorilor și a instalațiilor de producție. Întrebat de jurnaliștii care au întrebat care sunt „pașii” necesari pentru a avea aceste tranzistoare 3D în produsele comerciale, Intel a declarat că, în primul rând, este necesar să se regleze noul proces de producție (care s-a întâmplat apoi în mod regulat în 2009 , conform vremurilor) de fapt prevăzută) și ulterior obține un randament bun de producție pentru acest nou tip de componentă.
Produsele comerciale vor ajunge cu câțiva ani mai târziu decât se aștepta, la sfârșitul anului 2011 , dar combinate cu noul proces de producție de 22 nm .
Câteva considerații
Pentru a înțelege cât de dificil poate fi crearea unor procesoare întregi a căror „cărămidă fundamentală” este complet revoluționară, este suficient să se ia în considerare una dintre cele mai cunoscute Legi ale lui Moore (unul dintre fondatorii Intel însuși) conform căreia densitatea tranzistoarelor din interior un procesor se dublează la fiecare 18/24 de luni și, dacă avem în vedere că deja la sfârșitul anului 2007 au sosit procesoarele cu 4 nuclee (bazate pe nucleele Yorkfield ), produse la 45 nm și compuse din 820 de milioane de tranzistoare, este clar că 32 de produse nm ar putea conține teoretic până la 1,5 miliarde de tranzistoare (în realitate, primul procesor cu 8 nuclee, Beckton , bazat încă pe procesul de producție de 45 nm, conținea 2,3 miliarde, deși este un produs rezervat pentru sisteme de servere de ultimă generație).
Realizarea unor astfel de procesoare este foarte complicată și prin utilizarea tranzistoarelor tradiționale și, prin urmare, pare evident modul în care posibila lor realizare folosind tranzistoare 3D necesită absolut o tehnologie de producție și o dezvoltare absolut fină; datorită reducerii dispersiei, ar putea fi obținute și procesoare mobile care pot oferi autonomie sistemelor portabile care ar ajunge la 8 ore. De fapt, deja la începutul anului 2006, Intel și-a anunțat angajamentul de a oferi 10 ore de autonomie unui sistem portabil până în 2010 , ceea ce nu este încă realizabil decât prin utilizarea combinată a 2 baterii.
Tocmai în această privință, Intel în 2007 a anunțat cu sinceritate că este încă departe de a putea „înghesui” 1 miliard de tranzistoare 3D într-un singur procesor și, prin urmare, a fost prudent în utilizarea acestei tehnologii. Evoluțiile atinse până în acel moment au dat mari speranțe, dar, în aceste domenii, pândește întotdeauna neașteptatul care blochează un proiect.
Alți producători
Japonez Unisantis Electronics și Singapore „Institutul de Microelectronică“ , în decembrie 2007 de prezentat un proiect de cercetare care vizează dezvoltarea unui tranzistor capabil să funcționeze la frecvențe între 20 și 50 GHz. Acest tranzistor, numit Inconjuratoare Poarta tranzistor , ar trebui să funcționeze cu operare frecvențe de până la De 10 ori mai mari decât cele ale dispozitivelor de pe piață și ar trebui să aibă un consum redus. [1]
Posibilul succesor
Dacă deja o tehnologie atât de avansată, cum ar fi tranzistorul 3D, nu era sigură, se poate spune chiar mai puțin despre caracteristicile unei componente capabile să-și îmbunătățească în continuare performanța.
Fără a face proclamații, potrivit Intel, o modalitate ar putea fi aceea a structurii conductelor , bazată pe o singură poartă, dar cu acoperire totală a fluxului de electroni între „ sursă ” și „ drenaj ”. Ar fi vorba despre exploatarea faimosului efect tunel , dar, pentru moment, acesta ar fi doar un exercițiu de gândire, mai degrabă decât un proiect real, dat fiind că tehnologia pentru obținerea unui circuit electric bazat pe acest principiu nu este disponibilă în acest moment și nu este nici măcar previzibilă.dezvoltarea sa în curând. [ În ce sens? De fapt, efectul tunel a fost folosit pentru tranzistoare pentru o vreme ]
Notă
- ^ Tranzistorul 3D rulează la 50 GHz , pe punto-informatico.it , Punto Informatico, 11-12-2007. Adus 11.11.2007 .
