Intel преоткрива транзисторите с използването на нова 3-D структура

Intel Corporation обяви значителен пробив в еволюцията на транзисторите, микроскопичните градивни „тухлички” на съвременната електроника. За първи път от откриването на силициевите транзистори преди повече от 50 години, транзистори, които използват триизмерна структура, ще бъдат въведени в масово производство. Intel ще въведе революционния 3-D транзисторен дизайн, наречен Tri-Gate, който за първи път беше обявен от Intel през 2002, в масово производство при 22-nanometer (nm) node в чипа на Intel с кодово название “Ivy Bridge.” Един нанометър е една милиардна част от метъра.

Триизмерните Tri-Gate транзистори представляват фундаментален изход от двуизмерните, равнинна транзисторна структура, която даваше мощност не само на всички компютри, мобилни телефони и потребителска електроника до днес, но също и и на електрониката в автомобилите, космическите кораби, домакинските уреди, медицинските устройства и буквално хиляди други устройства от ежедневието в продължение на десетилетия.
“Учените и инженерите на Intel още веднъж пре-изобретиха транзистора, този път възползвайки се от възможностите на третото измерение,” заяви Пол Отелини, Президент и Главен изпълнителен директор на Intel. “Невероятни, променящи света устройства ще бъдат създадени, благодарение на тази възможност, докато ние усъвършенстваме Закона на Муур в нови измерения.”

Учените отдавна са признали ползите от 3-D структура за поддържане на темпа на Закона на Муур, тъй като измеренията на устройствата станаха толкова малки, че законите на физиката се превърнаха в бариери пред напредъка. Ключът към днешния пробив на Intel възможността да приложи своя нов 3-D Tri-Gate дизайн на транзистори в масово производство, като навлиза в следващата ера на Закона на Муур и отваря вратите към ново поколение от иновации в широк спектър от устройства.

Законът на Муур е прогноза за темповете на развитие на силициевите технологии, който твърди, че на около всеки 2 години гъстотата на транзисторите ще се удвоява, докато увеличава функционалността и производителността и намалява разходите. Той се превърна в основен бизнес модел за полупроводниковата индустрия в продължение на повече от 40 години.

Безпрецедентно спестяване на енергия и увеличение на производителността
3-D Tri-Gate транзисторите на Intel позволяват на чиповете да работят при по-нисък волтаж, с по-малко утечки, като предоставят безпрецедентна комбинация от подобрена производителност и енергийна ефективност, в сравнение в предишните шедьоври на транзисторните технологии. Тези възможности дават на дизайнерите на чипове гъвкавостта да изпират транзистори за ниска мощност, или за висока производителност, в зависимост от приложението.

22nm 3-D Tri-Gate транзистори предоставят до 37% увеличение на производителността при нисък волтаж, в сравнение с 32nm двуизмерни транзистори на Intel. Тези невероятни ползи означават, че те са идеални за употреба в малки ръчни устройства, които работят като използват по-малко енергия, за да “превключват” напред и назад. Алтернативно, новите транзистори консумират по-малко от половината енергия, когато при същата производителност се използват 2-D planar транзистори при 32nm чипове.

“Увеличението на производителността и спестяването на енергия с уникалните Intel 3-D Tri-Gate транзистори не приличат на нищо, което съм виждал преди,” каза Марк Бор, Intel Senior Fellow. “Това ключово постижение отива още по-далече от това просто да следва Закона на Муур. Ползите от ниския волтаж и ниското потребление на енергия далеч надвишават това, което ние обичайно отбелязваме от едно поколение процес, до следващия. Това ще даде на дизайнерите на продукти гъвкавост да направят настоящите устройства по-умни, както и ще им предостави възможността да направят възможно създаването на изцяло нови устройства. Ние вярваме, че този пробив ще разшири лидерската позиция на още повече, в сравнение с останалите от полупроводниковата индустрия.”

Транзисторите продължават да стават по-малки, по-евтини и по-енергийно ефективни в съответствие със Закона на Муур – наречен на съ-основателя 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 Муур става дори още по-сложно с 22nm поколение. В очакване на това, учените изследователи на Intel през 2002 година изобретиха това, което те нарекоха Tri-Gate транзистор, именуван така, заради трите страни на gate. Анонсът днес е следствие от още години на разрабокти в изключително добре координирания процес на Intel за проучвания-развой-производство, и маркира приложението на тази работа в масово производство.

3-D Tri-Gate транзисторите са преоткриване на транзистора. Традиционният „плосък” двуизмерен gate е заменен от невероятно тънко триизмерно силициево ребро, който се издига вертикално от силициевата основа. Контролът върху електрическия поток се постига чрез имплементиране на gate на всяка от трите страни на реброто – по два от всяка страна и един отгоре – вместо само един отгоре, както е при 2-D planar транзистора. Допълнителният контрол позволява преминаването на възможно най-много електричество през транзистора, когато транзисторът е „включен” (за производителност), и клони към нула, когато е „изключен” (за минимизиране на потреблението на енергия), и позволява на транзистора да 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 3-D Tri-Gate структурата на транзисторите предоставя начини за управление на гъстотата. Тъй като тези ребра са вертикални по своята същност, транзисторите могат да бъдат поставени по-близо един до друг, изключително важен компонент от технологичните и икономическите ползи от Закона на Муур. За бъдещи поколения, дизайнерите също ще имат възможността да продължават да увеличават височината на ребра, 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, ” заяви Муур. “Тази промяна в базовата структура е истински революционен подход и подход, който ще позволи на Закона на Муур и на историческия темп на развитие на иновациите, да продължават.”