Мы стоим на пороге очередного витка процессорной гонки. Казалось бы, совсем недавно ведущие чипмейкеры перешли на норму 65 нм, и вот появилось сообщение о новом прорыве в этом направлении. Intel продемонстрировала первые прототипы микросхем, созданные на основе 45-нанометровой технологии.
Итак, как сообщается в официальном пресс-релизе, ведущий производитель полупроводников в мире заявил об одном из наиболее значительных достижений в фундаментальных принципах проектирования транзисторов. Объявлено, что Intel уже использует два совершенно новых материала для создания подзатворных диэлектриков полевых транзисторов, изготовляемых на основе технологического процесса с допуском 45 нм. Компания уже располагает работоспособными опытными образцами пяти из 15 своих будущих моделей, выпуск которых запланирован с применением новых решений.
Переход на них позволит не только уменьшить размеры процессоров, при этом увеличив их число на пластине и уменьшив стоимость, но и снизить энергопотребление и уровень шума. Особо подчеркивается, что подобный технологический прорыв укрепляет уверенность в том, что закон Мура не потеряет своей актуальности и в будущем десятилетии.
Пластина с памятью SRAM, выполненная по технологии 45 нм |
Специалисты Intel уверены - создание первых прототипов работоспособных чипов по технологии 45 нм позволило опередить конкурентов более чем на год. Продемонстрированные процессоры относятся к числу продукции следующего поколения под кодовым наименованием Penryn. Опытные образцы предназначены для пяти различных сегментов компьютерного рынка и на них успешно была протестирована работа ОС Windows Vista, Mac OS X, Windows XP и Linux, а также различных приложений. Как и планировалось ранее, массовый выпуск продукции на основе 45 нм начнется во второй половине текущего года.
Intel утверждает, что первой в индустрии начала использовать такое сочетание материалов, которое позволяет значительно сократить токи утечки транзисторов (одна из фундаментальных проблем современной полупроводниковой индустрии), одновременно повысив их быстродействие. Для создания диэлектрика под затвором транзистора применяется материал под названием high-k, а для электрода - сочетание металлических материалов.
Схема строения полевого транзистора, изготовленного с применением новых материалов |
"Начало использования новых материалов, таких как high-k и металл, знаменует самое большое изменение в технологии производства транзисторов с конца 60-х годов прошлого века, когда появились МОП-транзисторы с затворами из поликристаллического кремния", - считает Гордон Мур (Gordon Moore), один из основателей корпорации Intel.
Интересно отметить, что новые транзисторы Intel в 5,5 раз миниатюрнее и занимают в 30 раз меньшую площадь, чем аналоги десятилетней давности, разработанные с применением самой современной на то время 0,25-микронной технологии.
Возможности традиционных материалов сегодня практически исчерпаны, поскольку при достижении некоторыми частями транзистора, по сути, атомных размеров увеличивается тепловыделение и начинают действовать фундаментальные физические ограничения. Поэтому данное нововведение является столь важным.
Диоксид кремния уже более 40 лет используется при изготовлении диэлектриков подзатворного слоя транзистора благодаря легкости его применения в массовом производстве и возможности постоянного повышения производительности транзисторов за счет уменьшения толщины слоя изолятора. Специалистам Intel удалось довести этот параметр до 1,2 нм (что равнозначно всего пяти атомарным слоям), и такой показатель был достигнут в 65-нанометровой технологии. Но дальнейшее уменьшение приводит к усилению туннельного тока утечки через диэлектрик, в результате чего увеличиваются потери тока и, как следствие, тепловыделение.
Рост тока утечки через затвор транзистора по мере уменьшения толщины слоя диэлектрика из диоксида кремния является одним из самых труднопреодолимых технических препятствий на пути следования закону Мура. Для решения этой принципиальной проблемы Intel заменила диоксид кремния на тонкий слой из материала high-k на основе гафния, что позволило уменьшить ток утечки более чем в 10 раз.
Материал high-k не совместим с традиционными кремниевыми электродами затвора, поэтому второй составляющей в ее новых транзисторах стала разработка электродов с применением металлических материалов. Причем название использованных металлов держится в секрете.
Сочетание диэлектрика затвора на основе материала high-k и металлических электродов в 45-нанометровой производственной технологии обеспечивает увеличение управляющего поля более чем на 20%. В то же время в пять раз сокращается ток утечки между истоком и стоком, что снижает и энергопотребление транзистора.
Новая производственная технология Intel также позволяет практически в два раза повысить плотность размещения транзисторов на кристалле по сравнению с процессом предыдущего поколения. Так как новые вентили меньше своих предшественников, то для их включения и выключения необходимо меньше электроэнергии, в результате чего напряжение переключения снижено приблизительно на 30%. Для внутренних соединений будут использоваться медные проводники с диэлектриками low-k, что обеспечит дополнительное повышение производительности и снижение энергопотребления. Планируется также внедрение новых топологических проектных норм и передовых методов создания масок, позволяющих применять текущую 193-нанометровую технологию сухой литографии для производства 45 нм, так как этот процесс является наиболее экономичным и широко используемым в массовом производстве.
Ядро процессора Penryn |
Теперь что касается семейства процессоров с кодовым названием Penryn. Оно основано на микроархитектуре Intel Core, и в настоящее время в стадии разработки находится 15 его различных моделей. В двухъядерных чипах Penryn будет содержаться свыше 400 млн транзисторов, а в четырехъядерных - более 800 млн. При этом увеличится внутренняя тактовая частота процессорных ядер, а объем кэш-памяти достигнет 12 MB. В новинках будет реализовано около 50 новых инструкций Intel SSE4, которые повысят производительность при работе с мультимедийными приложениями и в задачах с интенсивными вычислениями.