W Intelu większe zmiany

Tym razem kolejne podwojenie gęstości elementów nie wystarczyło. Przejściu na 45 nm musiała towarzyszyć zmiana materiału bramki tranzystora. Rewolucja technologiczna w Intelu jest większa niż zwykle.

Intel zrobi wiele, żeby podtrzymać aktualność prawa Gordona Moore'a, swojego założyciela i emerytowanego dyrektora, mówiące o cyklicznym podwajaniu się liczby tranzystorów w układach scalonych. Różnie bywa z długością tych cykli, ale rzeczywiście regularnie w latach nieparzystych firma zmniejszała wymiar technologiczny produkcji tranzystorów na tyle, żeby na tej samej powierzchni zmieścić ich dwukrotnie więcej niż poprzednio. Przeszliśmy od 180 nm w roku 1999 przez 130, 90, 65, do aktualnych 45 i przewidywanych 32 nm za dwa lata.

Donikąd

Dotychczas zagęszczanie elementów miało same zalety: spadało napięcie zasilania a z nim energochłonność, rosła częstotliwość pracy. Jednak zwykłe zmniejszanie wymiarów przestało wystarczać. Już 90-nanometrowy procesor zaprotestował przeciwko taktowaniu szybszemu od 3,7 GHz i zmniejszanie wymiaru do 65 nm niewiele pomogło. Podwójna liczba elementów na tej samej powierzchni ułatwiła w części przejście do konstrukcji kilkurdzeniowych oraz umieszczenie w układzie coraz większych pamięci podręcznych, które ze względu na swoją technologię (6 do 8 tranzystorów na bit) są, poza rdzeniem, głównymi pożeraczami zasobów. Co prawda, moce obliczeniowe rosną tak jak dotąd, ale teraz trudniej je wykorzystać. Jednakowe obciążenie kilku rdzeni graniczy z cudem, wiele algorytmów nie jest przystosowanych do równoległego wykonywania, wielu innych wręcz przebudować się nie da. Z tej perspektywy technologia 45 nm może dawać nadzieję na przyrost mocy w starym dobrym stylu, a nie tylko przez mnożenie jednostek wykonawczych.

Mniejszy inaczej

Kilka dni temu Intel zdradził nieco szczegółów nowej technologii i pokazał gotowy procesor, który ma zadebiutować na rynku w drugiej połowie roku. Zbudowany z 410 milionów tranzystorów 45-nanometrowy Penryn ma obsługiwać instrukcje SSE4 - 50 nowych poleceń, które w odróżnieniu od poprzednich wersji nie ograniczają się do specyfiki multimedialnej. Poza tym ma być podobny do Core 2 Duo 65 nm (Conroe), a 130 milionów dodatkowych tranzystorów znajdzie zajęcie w powiększonej z czterech do sześciu gigabajtów pamięci podręcznej L2. Zapowiadana jest seria 15 typów, w tym modele czterordzeniowe z dwunastoma gigabajtami L2.

Zmniejszenie wymiarów zmusiło Intela do przekonstruowania bramki tranzystora.Od 40 lat tę część wykonywano z odpowiednio domieszkowanego polikrystalicznego krzemu i jego tlenku (później z dodatkiem azotu), głównie z uwagi na uproszczenie technologii oraz możliwość ciągłego zwiększania sprawności tranzystorów przez stopniowe zwężanie tej warstwy. Już w serii 65 nm grubość izolującego tlenku zmniejszyła się do kilku atomów, co zwiększało upływność prądu, a w konsekwencji straty energii i emisję ciepła. Wyjście znaleziono w powrocie do korzeni. Warstwę izolacyjną wykonano z kilkakrotnie bardziej wytrzymałej na upływności warstwy dwutlenku hafnu, a elektrodę z odpowiednio domieszkowanego metalu, którego skład Intel trzyma w tajemnicy. W ten sposób tranzystory MOS (metal-oxide semiconductor) wróciły do budowy odpowiadającej swojej nazwie.

Pożytki z fizyki

Mniejszy rozmiar tranzystorów oznacza, że ich włączanie i wyłączanie kosztuje mniej energii, dzięki czemu aktywny pobór prądu przełączającego zmniejsza się mniej więcej o 30 procent. Tę redukcję będzie można wykorzystać na przyśpieszenie taktowania lub obniżenie strat mocy między źródłem a drenem i w efekcie spadkiem zapotrzebowania na energię. Według Intela, tempo pracy będzie można podnieść o dwadzieścia procent albo zmniejszyć moc o pięć. Na podstawie pierwszej liczby można przypuszczać, że taktowanie Penryna nie przekroczy 3,6 GHz. Do tego dochodzi dziesięciokrotne zmniejszenie prądu upływu bramki, które powinno ucieszyć podkręcających. Wreszcie mniej prądu na ciepło mają zamieniać przewody.


Zobacz również