Az Intel újraalkotta a tranzisztort – 3D-ben

A háromdimenziós Tri-Gate tranzisztorok alapvető váltást képviselnek a kétdimenziós sík tranzisztorokhoz képest, amelyekre az eddigi összes mikroelektronikai lapka épült. „Az Intel tudósai és mérnökei ismét feltalálták a tranzisztort, ezúttal a harmadik dimenziót is kihasználva” fogalmazott Paul Otellini, az Intel elnök-vezérigazgatója. Az Intel elsőként 2002-ben tette közzé a háromkapus tranzisztorokkal kapcsolatos kutatási eredményeit, a mai áttörés lényege pedig az, hogy az Intel tömegtermelésben is alkalmazhatóvá tette az újszerű megoldást. 

A 3D Tri-Gate tranzisztorok révén a chipek az eddiginél alacsonyabb feszültségszinten üzemelhetnek, miáltal úgy  növelhető drasztikusan a teljesítmény, hogy közben a fogyasztás nem emelkedik, vagy adott teljesítményszint 
sokkal alacsonyabb fogyasztással is elérhető. Ezzel a chiptervező mérnökök szabadon dönthetnek arról, hogy a 
magasabb teljesítmény, vagy az alacsonyabb fogyasztás elérését célozzák meg a használat céljától függően.

A 22 nanométeres háromkapus tranzisztorok akár 37 százalékkal nagyobb teljesítményűek alacsony feszültségszint 
mellett, mint az Intel 32 nanométeres sík tranzisztorai. Ez a hatalmas előrelépés ideálissá teszi a technológiát az 
okostelefonok számára, hiszen a fogyasztás növekedése nélkül is hatalmas teljesítménybeli ugrás érhető el. Az új 
technológia adott teljesítményszintet nagyjából fele fogyasztás mellett ér el.

„A teljesítmény növekedésének és a fogyasztás csökkenésének mértéke, amelyet az Intel egyedi 3D Tri-Gate 
tranzisztoraival értünk el, semmihez sem fogható – fogalmazott Mark Bohr, az Intel mérnöke. – A csökkentett 
feszültség és fogyasztás előnyei messze túlmutatnak azon, amelyet tipikusan tapasztalunk egy generációs lépéstől. Ez az áttörés tovább növeli majd az Intel előnyét a félvezetőipar többi tagjával szemben”. 

A hagyományos, kétdimenziós kapukat újszerű, háromszoros kapustruktúra váltja fel.  Az eddigi lapos, lényegében a 
szilíciumba ágyazott vezető réteget és a tranzisztort vezérlő, felső kaput felváltja egy vékony „függőleges vezérsík”, amely a szilícium ágyból jelentősen kiemelkedik. Ez a kiemelkedés révén az új kapustruktúra három oldalról fogja közre, ami minden eddiginél jobb vezérlést tesz lehetővé a sokszorosan megnövekedett felület hatására. Az elektronok immár nem síkban, hanem három dimenzióban áramlanak a forrás és a nyelő közt, sokkal nagyobb felületen. Ez megnöveli a kapuvezető kapcsolási sebességét, csökkenti az igényelt feszültségszintet, a nagyobb elérhető áramerősség pedig lehetővé teszi a kapu szigetelőrétegének vastagabb felépítését, ami drasztikusan csökkenti az elektronok szivárgását. Az eredmény: teljesítménynövekedés, miközben csökken a fogyasztás.

A tranzisztor kiemelkedő, rendkívül vékony síkjának köszönhetően a chipek rendkívül szorosan integrálhatóak  egymás mellé, amivel feloldják a miniatürizáció legégetőbb problémáját, vagyis a lapos struktúrák folyamatos 
zsugorításának fizikai korlátait – a kétdimenziós tranzisztorok minden tekintetben egyre vékonyodtak a sűrűség és 
teljesítmény növelés végett. A sík függőleges nyújtásával úgy növelhető a teljesítmény, hogy az nem sérti a tranzisztorok elhelyezésének sűrűségét.

A háromdimenziós Tri-Gate tranzisztorok az Intel következő, 22 nanométeres gyártástechnológiai generációjával 
mutatkoznak be, amelyet a vállalat az év második felében vezet be a tömegtermelésbe – elsőként a világon. A 
technológia érettségének bizonyítása végett az Intel ma bemutatta a világ első 22 nanométeres processzorának Ivy 
Bridge kódnevű mintapéldányait is, amelyek laptopokban, asztali pc-kben és szerverekben egyaránt megjelenhetnek. Az Ivy Bridge mellett az Intel Atom család is élvezi majd a 22 nanométeres gyártástechnológiai előnyeit, amivel a 
mikroprocesszor-gyártó világcég növeli az Atom processzorok integráltságát. A 22 nanométeres Atom chipek az eddiginél nagyobb teljesítményre és funkcionalitásra képesek majd, miközben megfelelnek a mobil eszközök iránti fogyasztási, költség- és méretbeli követelményeknek.

 

Milyen kicsi (és mennyire menő) a 22 nanométer?

  • A Bell Labs által 1947-ben létrehozott első tranzisztor elég nagy volt ahhoz, hogy kézzel rakják össze. Ezzel szemben több mint 100 millió 22 nanométeres 3D-tranzisztor férne el egy tű hegyén.
  • Több mint 6 millió tranzisztor férne el a mondat végén lévő pont területén. 
  • A 22 nanométeres tranzisztorok kapui olyan aprók, hogy egy átlagos emberi hajszálra több mint 4000 férne el széltében.
  • Ha egy tipikus házat olyan mértékben zsugorítanánk, mint ahogyan a tranzisztorokkal tettük, akkor csak mikroszkóppal láthatnánk. Ahhoz, hogy szabad szemmel láthassunk egy 22 nanométeres tranzisztort, háznál is nagyobb méretűre kellene nagyítani egy chipet.
  • Az Intel első mikroprocesszorához viszonyítva a 22 nanométeres chipek négyezerszer gyorsabbak és minden egyes tranzisztor ötezred energiát fogyaszt. Egy tranzisztor költsége nagyjából egy ötvenezrede.
  • A 22 nanométeres tranzisztor másodpercenként könnyedén több mint 100 milliárd kapcsolásra képes. Ugyanehhez egy lámpának 2000 évre volna szüksége.
  • Egy dolog megalkotni a háromkapus tranzisztorokat, és egy igencsak más kérdés tömeggyártásban alkalmazhatóvá tenni. Az Intel gyárai másodpercenként 5 milliárd tranzisztort állítanak elő. Ez 150 000 000 000 000 000 tranzisztor évente, ami fejenként 20 millió tranzisztor – a Földön élő minden férfit, nőt és gyereket beleértve.

Az emberi hajszál körülbelül 90 mikron széles.