Prelomová technológia spoločnosti Intel predstavuje najväčšiu zmenu vo svete procesorov za posledných 40 rokov
Tlačový servis / 29. 01. 2007, 18:36
Ako jeden z najväčších pokrokov pri výrobe základných tranzistorov ohlásila dnes spoločnosť Intel využitie dvoch absolútne nových materiálov na výrobu rozdeľovacích stien a prepínacích brán na ich 45nanometrových tranzistorov. Stovky miliónov týchto mikroskopických tranzistorov – alebo prepínačov - bude implementovaných do budúcej generácie rodiny viac-jadrových procesorov Intel® Core™ 2 Duo, Intel Core 2 Quad a Xeon®. Spoločnosť taktiež potvrdila, že má k dispozícií už päť produktov v počiatočnej fáze výroby – z prvých pätnástich plánovaných 45nanometrových procesorov.
Spoločnosť Intel verí, že vďaka prvým funkčným procesorom z budúcej generácie 45nanometrových procesorov známym pod kódovým názvom „Penryn“ si udrží technologický náskok voči zvyšku polovodičového priemyslu na najbližší zhruba rok. Prvé verzie budú cielené na päť rôznych segmentov počítačového trhu, budú podporovať Windows* Vista*, Mac OS X*, Windows* XP ako aj Linux a iné aplikácie. Sériová výroba 45nanometrových procesorov by mala podľa očakávaní spoločnosti odštartovať v druhej polovici tohto roka.
Tranzistory spoločnosti Intel dostali novú tvár - s použitím High-k dielektrika a hradla z kovového materiálu v rámci 45 nm technológie
Spoločnosť Intel bude ako prvá vo svojej 45 nm výrobnej technológii implementovať inovatívnu kombináciu nových materiálov, ktoré výrazne znižujú únik (zvodový prúd) a zvyšujú výkon. Spoločnosť bude v prípade dielektrika hradla tranzistora používať nový materiál s charakteristikou nazývanou "High-k" (vysoká hodnota dielektrickej konštanty) a v prípade elektródy hradla tranzistora novú kombináciu kovových materiálov.
"Implementácia materiálu High-k a kovových materiálov predstavuje najväčšiu zmenu v tranzistorovej technológii od uvedenia tranzistorov MOS s hradlom z polykryštalického kremíka (s polysilikónovým hradlom) koncom šesťdesiatych rokov minulého storočia," vyhlásil Gordon Moore, spoluzakladateľ spoločnosti Intel.
Tranzistory sú malé prepínače, ktoré spracúvajú jednotky a nuly digitálneho sveta. Hradlo zapína a vypína tranzistor, dielektrikum hradla sa nachádza v jeho spodnej časti a plní funkciu izolantu, ktorý hradlo oddeľuje od kanálu, ktorým preteká prúd. Použitie kombinácie kovových hradiel a "High-k" dielektrika hradla vedie k tranzistorom s mimoriadne malým únikom prúdu (zvodovým prúdom) a rekordne vysokým výkonom.
"Vzhľadom na to, že sa na jediný kúsok silikónu umiestňuje čoraz väčší počet tranzistorov, odvetvie pokračuje vo výskume riešení pre znižovanie úniku prúdu," uviedol Mark Bohr, starší spoločník spoločnosti Intel. "Našim technikom a dizajnérom sa medzičasom podarilo dosiahnuť pozoruhodný úspech, ktorý produktom a inováciám spoločnosti Intel garantuje vedúce postavenie. Implementácia nových tranzistorov s použitím High-k dielektrika a kovového hradla v našej 45 nm výrobnej technológii napomôže spoločnosti Intel pri poskytovaní ešte rýchlejších a energeticky účinných viacjadrových produktov, ktoré vychádzajú z nášho úspešného radu procesorov Intel Core 2 a Xeon a ktoré rozšíria platnosť Moorovho zákona do nasledujúceho desaťročia."
Pre porovnanie - na povrch jedinej ľudskej červenej krvinky by sa zmestilo približne 400 45 nm tranzistorov od spoločnosti Intel. Iba jedno desaťročie dozadu bola najmodernejšia výrobná technológia 250-nanometrová, rozmery tranzistorov boli teda 5,5-krát väčšie a ich plocha 30-krát väčšia v porovnaní s technológiou, ktorú v súčasnosti ohlasuje spoločnosť Intel.
Hoci sa počet tranzistorov použitých v čipe v súlade s Moorovým zákonom každé dva roky približne zdvojnásobuje, spoločnosť Intel dokáže zabezpečiť inovácie a integráciu, pričom dokáže pridávať viac funkcií a výpočtových procesorových jadier, zvyšovať výkon a znižovať výrobné náklady a náklady na jeden tranzistor. Aby bolo možné toto tempo inovácií udržať, musia sa rozmery tranzistorov stále zmenšovať. Pri použití súčasných materiálov možnosti zmenšovania tranzistorov narážajú na zásadné limity, pretože pri dosahovaní úrovne atómov sa vynárajú problémy s energiou a teplom. Následkom toho je pre budúcnosť Moorovho zákona a ekonomiky éry informácií imperatívom implementácia nových materiálov.
Recept pre 45 nm výrobnú technológiu od spoločnosti Intel - dielektrikum High-k a kovové hradlo
Oxid kremičitý sa ako dielektrikum tranzistorového hradla využíval viac ako 40 rokov z dôvodu jeho jednoduchej výroby a schopnosti zabezpečiť nepretržité zdokonaľovanie výkonovej charakteristiky tranzistora aj v priebehu postupného zmenšovania jeho hrúbky. Spoločnosti Intel sa v rámci predchádzajúcej 65 nm výrobnej technológie podarilo dielektrikum hradla vyrobené z oxidu kremičitého zmenšiť na hrúbku 1,2 nm - teda na 5-atómovú vrstvu. Ďalšie zmenšovanie však spôsobovalo vyšší únik prúdu cez dielektrikum hradla, čo viedlo k stratám elektrického prúdu a generovaniu jalovej tepelnej energie.
Únik prúdu cez tranzistorové hradlo spojený s postupným stenčovaním dielektrika hradla z oxidu kremičitého sú považované za jednu z najväčších technických výziev z hľadiska Moorovho zákona. S cieľom vyriešiť tento rozhodujúci problém spoločnosť Intel nahradila oxid kremičitý v dielektriku hradla hrubším High-k materiálom na báze hafnia. V porovnaní s oxidom kremičitým používaným viac ako štyri desaťročia sa tak únik podarilo viac ako 10-násobne znížiť.
Keďže High-k dielektrikum hradla nie je kompatibilné so súčasnou silikónovou elektródou hradla, druhou časťou "receptu" pre materiál 45 nm tranzistora od spoločnosti Intel je vývoj nových kovových materiálov hradla. Niektoré kovy používané spoločnosťou Intel síce zostávajú utajené, spoločnosť však bude pre elektródy hradla tranzistora používať kombináciu rozličných kovových materiálov.
Kombinácia High-k dielektrika hradla a kovového hradla v 45 nm výrobnej technológii spoločnosti Intel zabezpečuje viac ako 20-percentné zvýšenie prúdu a vyšší výkon tranzistora. A zase naopak - viac ako päťkrát znižuje únik prúdu medzi zdrojovou elektródou (emitorom/source) a zbernou elektródou (kolektorom/drain), vďaka čomu sa zvyšuje energetická účinnosť tranzistora.
45 nm výrobná technológia spoločnosti Intel taktiež približne dvojnásobne zvyšuje hustotu tranzistorov v porovnaní s predchádzajúcou generáciou, čo spoločnosti umožňuje buď zvyšovať celkový počet tranzistorov, alebo zmenšovať rozmery procesorov. Keďže 45 nm tranzistory sú menšie ako tranzistory predchádzajúcej generácie, na vypínanie a zapínanie spotrebujú menej energie, čím sa aktívny spínací výkon znižuje približne o 30 percent. Za účelom dosiahnutia vyššieho výkonu a nižšej spotreby energie bude spoločnosť pri 45 nm výrobnej technológii používať medené spoje s Low-k dielektrikom. Taktiež bude používať inovatívne pravidlá dizajnu a pokročilé techniky pre masky, aby rozšírila využitie 193 nm suchej litografie na výrobu 45 nm procesorov z dôvodu úspory nákladov a jednoduchej výroby, ktoré litografia poskytuje.
Rad Penryn prinesie výkon pri vyššej energetickej účinnosti
Rad procesorov Penryn je odvodený z mikroarchitektúry Intel Core a predstavuje ďalší krok v rýchlom tempe spoločnosti pri uvádzaní novej výrobnej technológie a novej mikroarchitektúry každý druhý rok. Kombinácia špičkovej 45 nm výrobnej technológie spoločnosti Intel, vysokoobjemových výrobných kapacít a špičkového dizajnu mikroarchitektúry umožnilo spoločnosti vyvinúť svoje prvé pracovné 45 nm procesory radu Penryn.
Spoločnosť má k dispozícii viac ako 15 produktov vychádzajúcich zo 45 nm technológie v rámci segmentu stolných počítačov, mobilných technológií, pracovných staníc a segmentu podnikových riešení. Rad Penryn 45 nm procesorov s viac ako 400 miliónmi tranzistorov pre dvojjadrové procesory a s viac ako 800 miliónmi pre štvorjadrové procesory zahŕňa nové funkcie a charakteristiky mikroarchitektúry pre vyšší výkon a lepšie možnosti manažmentu spotreby energie, ako aj vyššie rýchlosti jadra a až 12 megabajtov vyrovnávacej pamäte. Dizajny použité v rámci radu Penryn taktiež prinášajú približne 50 nových inštrukcií Intel SSE4, ktoré rozširujú možnosti a výkon pre výpočtové aplikácie v oblasti stredného a vyššieho výkonu.