Mellékleteink: HUP | Gamekapocs
Keres

Intel: tranzisztortechnológiai áttörés 45 nanométeren

Bodnár Ádám, 2007. január 29. 10:13
Ez a cikk több évvel ezelőtt születetett, ezért előfordulhat, hogy a tartalma már elavult.
Frissebb anyagokat találhatsz a keresőnk segítségével:

Az Intel 2003-ban jelentette be, hogy elkészítette egy újfajta tranzisztor prototípusát, amelyről azt állította, legkorábban a 45 nanométeres csíkszélességű gyártástechnológiájában alkalmazza majd. A vállalat beváltotta ígéretét, a 45 nanométeres alkatrészek gyártásához valóban ezt az újfajta tranzisztort használja, amely több szempontból szakít az eddigi hagyományokkal és jelentős áttörésnek számít a félvezetőgyártás mintegy 40 éves történetében. Az Intel egyúttal azt is közölte, hogy elkészültek a 45 nanométeres csíkszélességű Penryn processzor első működő mintapéldányai.

[HWSW] Az Intel 2003-ban jelentette be, hogy elkészítette egy újfajta tranzisztor prototípusát, amelyről azt állította, legkorábban a 45 nanométeres csíkszélességű gyártástechnológiájában alkalmazza majd. A vállalat beváltotta ígéretét, a 45 nanométeres alkatrészek gyártásához valóban ezt az újfajta tranzisztort használja, amely több szempontból szakít az eddigi hagyományokkal és jelentős áttörésnek számít a félvezetőgyártás mintegy 40 éves történetében. Az Intel egyúttal azt is közölte, hogy elkészültek a 45 nanométeres csíkszélességű Penryn processzor első működő mintapéldányai.

Magas K együtthatójú dielektrikum

A vállalat kutatói a tranzisztorok immár 40 éve szilícium-dioxidból készített szigetelőrétegét egy magas K együtthatójú dielektrikumból készült szigetelőréteggel helyettesítették, míg a kapuelektródát polikristályos szilícium (poliszilícium) helyett fémből állították elő, más anyagból az n-csatornás (NMOS) és más anyagból a p-csatornás (PMOS) tranzisztorok esetében. Korábban komoly nehézségek merültek fel az olyan magas k állandójú anyagok felhasználása során, mint a hafnium-oxid vagy a cirkónium-oxid, ám az Intel kutatói állítják: megtalálták a szigetelőrétegnek megfelelő anyagot. Az új anyag alapja a hafnium, azonban a pontos összetétel az Intel titka marad. A magas K állandójú anyagokkal való összeférhetetlenség miatt vált szükségessé a poliszilícium kapuelektródák lecserélése is.

Az Intel állítása szerint az újítások segítségével tovább növelhető a tranzisztorok teljesítménye, miközben csökkenhet a szivárgási áram, amely ma a félvezetőipar egyik legnagyobb problémája. A szivárgási áram a félvezetők lezárt átmenetén létrejövő jelenség, amely szabad elektronok és lyukak kombinációjából származik és nanoamper nagyságrendű. 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.


Az Intel első 45 nanométeres processzora, a Penryn

A szivárgási áram a lapkában található összes tranzisztorban jelen van, még azokban is, amelyek az adott időpillanatban nem aktívak -- az aktív tranzisztorok száma egy adott pillanatban általában 10 százalék körüli. Ezért a szivárgás rendkívüli módon növeli a disszipációt, ráadásul az áramkör bonyolultságával, a tranzisztorszám növekedésével együtt növekszik. A szivárgási áram -- mivel a tápfeszültséggel fordítottan arányos -- egy kisebb csíkszélességű gyártástechnológia bevezetésénél akár két-háromszorosára is nőhet, ezért a jelenség megnyugtató kezelése a kutatók elsőszámú feladata.

Az Intel által tömegtermelésben használt 65 nanométeres technológia esetében a tranzisztorok szilícium-dioxid szigetelőrétege rendkívül vékony, csupán öt atomi réteg vastagságú volt. A vállalat által most bevezetett új eljárás során vastagabb szigetelőréteget sikerült kifejleszteni egy hafnium-alapú anyagból, amelynek a szilícium-dioxidénál magasabb a K együtthatója. A K együttható egy anyag relatív permittivitását, vagy másképp dielektromos állandóját mutatja meg, amely az elektromos térben bekövetkezõ polarizáció (töltésszétválás) mértéke. A dielektrikumok esetében a minél magasabb K együttható elérése a cél.

Elkészült a Penryn

Felfutó gyártás
A 45 nanométeres csíkszélességű gyártástechnológiát elsőként az oregoni Hillsboróban található D1D chipgyárában vezeti be az Intel, 2008 első félévére azonban már világszerte három üzem ontja majd a 45 nanométeres lapkákat: a hillsborói mellett az arizonai Chandlerben található Fab 32, illetve az izraeli Kiryat Gatban most épülő Fab 28.
Az új tranzisztorokra épülő 45 nanométeres eljárást az év második felében vezeti be tömegtermelésben az Intel, ekkor kerülnek a boltokba az első 45 nanométeres processzorok, amelyek első fecskéje a Penryn. A Penryn gyakorlatilag nem más, mint a Merom-Conroe-Woodcrest trió 45 nanométeres változata, bár az Intel tájékoztatása szerint ezek a processzorok már tartalmazni fogják a mintegy 50 új parancsból álló SSE4 utasításkészletet, illetve egyes pletykák szerint újra megjelenik bennük a Hyper-Threading is.

Az Intel összesen öt Penryn-alapú processzort készített, amelyek között megtalálható egy kétmagos és egy négymagos asztali, egy kétmagos és egy négymagos szerver-, valamint egy kétmagos mobil processzor. A kétmagos Penryn 410 millió tranzisztort tartalmaz (Core 2 Duo: 291 millió), a négymagos verziók két darab kétmagos lapka egybetokozásával készülnek. Az Intel tájékoztatása szerint a 45 nanométeres csíkszélességű lapkák esetében megmaradnak a jelenlegi teljesítményfelvételi- és hőtermelési adatok, a chipeket azonos fogyasztás mellett kívánják tovább gyorsítani.


Pezsgő helyett almalével ünneplik az Intel mérnökei a Penryn megszületését

Nyomulnak a versenytársak is

Múlt héten rendezett tájékoztatóján az Intel vezetői azon véleményüknek adtak hangot, hogy legalább egy generációval a versenytársak előtt járnak az új anyagok felhasználásával, azonban úgy tűnik, alábecsülték a konkurenciát. Az IBM és a vele szoros gyártástechnológiai kapcsolatot ápoló AMD is fémből készült kapuelektródát és magas K állandójú dielektrikumot alkalmaz majd a 45 nanométeres csíkszélességű gyártástechnológia során, amelyet 2008-ban kívánnak bevezetni -- mondta Bernie Meyerson, az IBM félvezetőgyártó részlegének vezetője. A Nagy Kék laboratóriumában már jelenleg is működnek olyan chipek, amelyek építéséhez már az új eljárást használták fel.