Przełomowy tranzystor w nowych procesorach Intela

Jeszcze w tym roku Intel wdroży produkcję procesorów w nowym procesie technologicznym - 22 nanometry. Podstawą tego procesu będzie tranzystor 3-D Tri-Gate - tranzystor trójbramkowy.

Jak wiadomo, tym procesor jest bardziej wydajny, im więcej tranzystorów jest na nim umieszczonych. Te z kolei im są mniejsze, tym więcej można ich zmieścić na jednej płytce procesorowej.

W nowej generacji procesorów Intela, noszącej kodowe oznaczenie Ivy Bridge, tranzystory ulegną nie tylko miniaturyzacji (do wymiaru 22 nanometrów - stąd nazwa procesu wytwórczego) ale i zmianom konstrukcyjnym.

Intel oficjalnie zaprezentował procesory Ivy Bridge wykorzystujące tranzystory 3-D Tri-Gate, zwane tranzystorami trójbramkowymi. Ogólnie rzecz biorąc, podstawowa różnica pomiędzy "tri-gate'ami" a tradycyjnymi tranzystorami to taka, że obecnie tranzystory są dwuwymiarowe, czyli przymocowane do krzemu.

Diabeł tkwi w szczegółach

Nowe tranzystory zostały nazwane trójbramkowymi ("Tri-Gate") ze względu na zastosowanie bramki kontrolującej przepływ energii z trzech stron (a nie jednej, jak w poprzednich generacjach). Tradycyjne płaskie "dwuwymiarowe" bramki zostały zastąpione bardzo cienkim pionowym "żebrem" - kanałem tranzystora którym poruszają się elektrony - wyrastającym z krzemowego podłoża (patrz ramka obok).

Kontrola przepływającej energii ma miejsce teraz z trzech stron "żebra" - dwóch po bokach i jednej z góry - w przeciwieństwie do jednostronnej kontroli od góry w tranzystorach poprzedniej generacji. Dodatkowa kontrola pozwala na zwiększenie przepływu energii gdy tranzystor jest włączony (dla większej wydajności) i zmniejszenie niekontrolowanego upływu energii praktycznie do zera, gdy jednostka jest nieaktywna (dla większej energooszczędności).

Kanały transmitujące energię są ustawione pionowo, a nie poziomo. Dzięki temu tranzystory mogą być umieszczane bliżej siebie, zajmując mniejszą przestrzeń potrzebną do budowy procesora.

Jeszcze szybciej i oszczędniej

Tranzystory 3-D Tri-Gate mają pozwolić procesorom na pracę przy niższym napięciu i ograniczeniu strat energetycznych, czego wynikiem będzie zwiększona wydajność i zmniejszone zapotrzebowanie na energię, w porównaniu do poprzedniej generacji tranzystorów.

Jak informuje Intel, wzrost wydajności przy niskim napięciu może sięgnąć nawet 37 %, a spadek zapotrzebowania na energię - ponad 50 % w porównaniu z jednostkami "dwuwymiarowymi" w technologii 32 nm. Może się to okazać bardzo istotną zaletą układów konstruowanych na potrzeby urządzeń mobilnych.

Na ratunek prawu Moore'a

Intel pokłada w nowej technologii duże nadzieje. Koncern liczy, że stosowanie tranzystora trójbramkowego umożliwi dalszą realizację tzw. prawa Moore'a. Twierdzenie to, sformułowane przez wizjonera i założyciela Intela, Gordona Moore'a ponad 40 lat temu zakłada, że liczba tranzystorów w układzie scalonym będzie się podwajać co 18 miesięcy.

Tyle tylko, że wskutek postępującej miniaturyzacji procesorów powoli dochodzimy do kresu możliwości tego prawa. Powszechnie uważa się, że technologia 22 nm to przedostatnia stacja na drodze miniaturyzacji krzemowych CPU - po niej nastąpić może zejście już tylko do rozmiaru 16 nm, o ile nie znajdzie się lepsze tworzywo do wyrobu mikroukładów niż krzem.

Prace nad tranzystorem trójbramkowym trwały od 2002 r. Na rozwój technologii 22 nanometrów Intel chce zaś jeszcze przeznaczyć kwotę 6-8 miliardów dolarów (wydatki związane z przestawieniem się istniejących fabryk Intela na nowy proces oraz budową kolejnego zakładu).