Intel heeft de transistor opnieuw ontworpen, dit keer in 3D

De driedimensionale transistors die worden gebruikt om 22-nanometer bandbreedtechips te fabriceren, bieden een ongekende combinatie van lager stroomverbruik en verhoogd vermogen.

Intel heeft vandaag een belangrijke doorbraak aangekondigd in de ontwikkeling van transistors, de bouwstenen van moderne micro-elektronica. Sinds de uitvinding van op silicium gebaseerde transistors 50 jaar geleden waren transistors met een driedimensionale structuur de eerste die commercieel werden vervaardigd. Intel zal de eerste zijn die zogenaamde Tri-Gate of drie-poorttransistors gebruikt in zijn 22-nanometer halfgeleidertechnologie om processors te produceren met de codenaam Ivy Bridge. Driedimensionale Tri-Gate-transistors vertegenwoordigen een fundamentele verschuiving van de tweedimensionale vlakke transistors waarop alle micro-elektronische chips tot nu toe zijn gebouwd.
"Intel-wetenschappers en ingenieurs hebben de transistor opnieuw uitgevonden, dit keer door gebruik te maken van de derde dimensie", zegt Paul Otellini, Intel's president en CEO. Wetenschappers erkennen al lang de voordelen van 3D-structuur om het tempo dat wordt gedicteerd door de wet van Moore te behouden, zelfs nadat miniaturisatie moeilijk wordt vanwege de beperkingen op atomair niveau van de fysieke wereld. Intel publiceerde voor het eerst zijn onderzoek naar transistors met drie poorten in 2002, en het punt van de doorbraak van vandaag is dat Intel de innovatieve oplossing toepasbaar heeft gemaakt voor massaproductie. Dit opende een ander tijdperk vóór de Wet van Moore, wat een hele reeks innovatieve ontwikkelingen mogelijk maakte. De wet van Moore verwacht dat het aantal transistors dat op een enkele siliciumwafer is geïntegreerd, om de twee jaar ongeveer zal verdubbelen, dankzij de vooruitgang in de halfgeleidertechnologie. Dit tempo heeft de laatste vier decennia van de halfgeleiderindustrie bepaald.

De oude 3D-versie is aan de linkerkant en de nieuwe XNUMXD-versie is aan de rechterkant

Ongekende verbruiksvermindering en prestatieverhoging

3D Tri-Gate-transistors zorgen ervoor dat de chips op lagere spanningsniveaus kunnen werken, wat het vermogen drastisch kan verhogen zonder het energieverbruik te verhogen of een specifiek vermogensniveau te bereiken met een veel lager energieverbruik. Dit geeft chipontwerpingenieurs de vrijheid om te beslissen of ze willen streven naar hogere prestaties of een lager energieverbruik, afhankelijk van het gebied. De 22-nanometer transistors met drie poorten vertonen tot 37 procent meer vermogen bij lage spanningen dan Intel's 32-nanometer vlakke transistors. Deze enorme vooruitgang maakt de technologie ideaal voor smartphones, omdat een enorme prestatiesprong kan worden bereikt zonder een toename van het verbruik. De nieuwe technologie bereikt een bepaald prestatieniveau met ongeveer de helft van het verbruik.
"De snelheid waarmee de prestaties toenemen en het stroomverbruik afnemen met Intel's unieke 3D Tri-Gate-transistors is ongeëvenaard", zegt Mark Bohr, Intel-ingenieur. “Deze mijlpaal gaat over meer dan het handhaven van de wet van Moore. De voordelen van verminderde spanning en lager verbruik gaan veel verder dan wat we doorgaans ervaren bij een generatiestap. We zijn van mening dat deze doorbraak het voordeel van Intel ten opzichte van andere spelers in de halfgeleiderindustrie verder zal vergroten."
Dankzij het uitstekende, extreem dunne vlak van de transistor kunnen ze stevig in elkaar worden geïntegreerd, waardoor het meest urgente probleem van miniaturisatie wordt opgelost, de fysieke beperkingen van continue krimp van platte structuren - tweedimensionale transistors worden in alle opzichten dunner om de dichtheid te vergroten en macht. Door het vlak verticaal uit te rekken, kan het vermogen worden verhoogd zonder de dichtheid van de transistors in gevaar te brengen.

32 nm (links) en 22 nm (rechts)

'S Werelds eerste demonstratie van 22-nanometer 3D-transistors

De driedimensionale Tri-Gate-transistors zullen worden onthuld met Intel's volgende generatie 22-nanometer productietechnologie, die het bedrijf in de tweede helft van het jaar zal introduceren in massaproductie, de eerste ter wereld. Om de volwassenheid van de technologie te bewijzen, heeft Intel vandaag ook exemplaren onthuld van 's werelds eerste 22-nanometer processor, met de codenaam Ivy Bridge, en beschikbaar in laptops, desktops en servers. Naast de Ivy Bridge zal de Intel Atom-familie ook profiteren van 22-nanometer productietechnologie, waardoor de integratie van Atom-processors verder wordt verbeterd. De 22-nanometer Atom-chips zullen hogere prestaties en functionaliteit bieden en tegelijkertijd voldoen aan de vereisten voor stroom, kosten en afmetingen van mobiele apparaten.