Hamarosan a szivárgási áram lesz a félvezetőgyártók legnagyobb problémája

Az International Solid-State Circuits Conference rendezvényen tartott beszédében Takayasu Sakurai, a tokiói egyetem professzora elmondta, hogy a chipgyártóknak legalább két nagyságrenddel csökkenteniük kell a szivárgási áramot annak érdekében, hogy a félvezetőalkatrészek bonyolultsága az eddig megszokott mértékben növekedhessen tovább. Sakurai szerint amennyiben a gyártók nem tudják megnyugtatóan rendezni ezt a problémát, Moore törvénye éveken belül érvényét veszítheti.

Gordon Moore-t nemcsak mint az Intel társalapítóját ismeri a számítástechnikai világ, hanem az általa felállított és róla elnevezett törvényről is. A Moore-törvény -- amely elmondása szerint megfigyelésen alapul és teljesen ad hoc keletkezett -- kimondja, hogy egy chipen található tranzisztorok száma 18 havonta megduplázódik, miközben az áramkör mérete körülbelül a felére csökken.

A szivárgás (szivárgási áram) a félvezetők lezárt átmenetén létrejövő jelenség, amely szabad elektronok és lyukak kombinációjából származik és nanoamper nagyságrendű. Ez a jelenség az egyik legnagyobb probléma a nagyteljesítményű processzorok tervezésében. A processzorok fogyasztása a működési feszültség csökkentésével mérsékelhető, azonban ahogy a tranzisztorok nyitófeszültsége (az a feszültségszint, amikor a tranzisztor "bekapcsol") tart a 0 Volthoz, a szivárgási áram nő és egyre nagyobb problémát okoz.

A szivárgási áram elsősorban azért jelent komoly problémát a növekvő komplexitású processzorokban, mert a chipben található tranzisztorok közül egy időpillanatban csak mintegy 10 százaléka aktív, azonban a szivárgási áram az inaktív tranzisztorokban ugyanúgy jelen van, és az egyre nagyobb számú tranzisztor miatt a jövőben egyre csak nőni fog. A szivárgási áram egy kisebb csíkszélességű gyártástechnológia bevezetésénél akár két-háromszorosára is nőhet.

Sakurai szerint a szivárgási áram problémájára megoldást jelenthet, ha a gyártók olyan "kapcsolókat" építenek a chipekbe, amelyek segítségével az áramkör egyes részeit teljes egészében ki lehet kapcsolni és ezzel meg lehet szüntetni a szivárgást. Az Intel kutatói szerint a 65 nanométeres csíkszélességgel készülő áramköreiben már mindenképp alkalmazni kell az ezt az ún. "sleep transistor" technológiát.

Az alvó tranzisztorok alkalmazásával a szivárgás tized-, vagy akár századrészre is csökkenthető, azonban egyelőre még nem állnak rendelkezésre a megfelelő számítógépes tervezési és tervezésautomatizálási eszközök. Az alvó tranzisztor technológia alkalmazásához olyan tervezőszoftverek szükségesek, amelyek segítségével az áramköröket tervező mérnökök leválaszthatják és egyértelműen körülhatárolhatják a processzor azon részeit, amelyek alvó tranzisztorokból állnának.

Bár az Intel egyedül is ki tudná fejleszteni a megfelelő tervezésautomatizálási eszközöket, egyetemek és más félvezetőgyártók segítségére is számít. Az alvó tranzisztor technológia egyébként Kaushik Roy (Purdue Egyetem) kutatásain alapul.