Трёхмерные транзисторы спасут закон Мура

Автор: Олег Нечай

Опубликовано 05 мая 2011 года

В самой Intel новую технологию называют революционной, и для этого есть все основания: впервые создан техпроцесс для серийного производства интегральных микросхем на базе трёхмерных, а не планарных элементов. Исследования в этом направлении велись на протяжении нескольких десятилетий, но только теперь трёхмерная технология стала коммерчески доступной - впервые за пятьдесят лет с начала производства микрочипов.

Опытные образцы транзисторов с трёхмерным затвором были получены в научно-исследовательских лабораториях Intel ещё в 2002 году - именно он считается годом изобретения технологии Tri-Gate. Новую технологию в сочетании с 22-нм техпроцессом планируется внедрить до конца 2011 года и уже на её основе выпускать новые многоядерные процессоры под кодовым названием Ive Bridge.

В чём же заключаются преимущества трёхмерных структур по сравнению с планарными? Прежде всего, они позволяют существенно повысить плотность размещения логических элементов на каждом квадратном миллиметре площади микросхемы. Во-вторых, 3D-транзисторы способны быстрее переключаться, что означает более высокую производительность: в открытом состоянии сопротивление при прохождении электронов минимально, а в закрытом их поток перекрывается практически полностью. Наконец, трёхмерная технология позволяет создавать микросхемы, работающие на низком напряжении и с меньшими токами утечки, что позволяет добиться не только высокой производительности, но и ещё большей энергоэффективности по сравнению с традиционными микрочипами.

По официальной информации, трёхмерные транзисторы Tri-Gate, изготовленные на базе 22-нм техпроцесса и работающие на низком напряжении, обеспечивают до 37 процентов более высокую производительность по сравнению с обычными транзисторами, изготовленными на базе 32-нм технологии. Процессоры с новыми транзисторами могут потреблять менее половины мощности, чем 32-нм чипы с двухмерной структурой, при том же самом уровне производительности. Поэтому такие чипы прекрасно подойдут для карманных устройств, в которых важна не только высокая производительность, но и длительное время автономной работы.

Для портативных устройств особенно важна и миниатюрность, которую также гарантирует новая разработка: по оценкам специалистов корпорации, на площади, равной площади точки в конце этого предложения, можно разместить более шести миллионов транзисторов Tri-Gate, выполненных по 22-нм техпроцессу.

В течение 2011-2012 годов планируется полностью перевести на 22-нм технологический процесс пять крупных фабрик, принадлежащих Intel: D1D и S1C в американском штате Орегон, Fab 32 и Fab 12 в штате Аризона и Fab 28 в Израиле. В Intel говорят о незначительном росте себестоимости выпуска чипов по технологии Tri-Gate по сравнению с обычными планарными микросхемами - он составляет всего порядка двух-трёх процентов. Крупномасштабное серийное производство, разумеется, со временем снизит себестоимость до величин ниже текущих, так что с конкурентоспособностью у новых чипов будет всё в порядке.

Любопытно, что в Intel считают переход на трёхмерные транзисторы прекрасной иллюстрацией действия так называемого закона Мура (напомню, что Гордон Мур был одним из основателей корпорации), который гласит, что число транзисторов на кристалле удваивается каждые два года. С приближением к 22-нм технологической норме многие стали говорить о том, что закон Мура исчерпал себя, но изобретение трёхмерных структур лишний раз подтвердило его справедливость. По словам самого Мура, «на протяжении многих лет мы осознавали, что степень миниатюризации транзисторов имеет определённые пределы. Преобразование базовой структуры - революционный подход, который позволяет и далее следовать выявленному ранее закону развития технологий».

Очевидно, что внедрение трёхмерной технологии Tri-Gate одновременно с переходом на 22-нм технологическую норму обеспечивает Intel беспрецедентные конкурентные преимущества перед всеми существующими производителями интегральных микросхем. Ближайший соперник, компания AMD, серийно производит процессоры на основе 45-нм технологии, а переход на 32-нм техпроцесс ожидается лишь в начале июня с презентацией гибридных процессоров под кодовым названием Llano. Ни о 22 нанометрах, ни тем более о трёхмерной технологии речи, естественно, не идёт.