Intel: 3D tranzistory s 22nm technologií nabízejí úsporu energie a zvýšení výkonu

Společnost Intel představila významný milník ve vývoji tranzistoru, tedy základního stavebního kamene moderní elektroniky. Vůbec poprvé od vynálezu křemíkových tranzistorů před více než 50 lety budou nyní do výroby uvedeny tranzistory využívající trojrozměrnou strukturu. Společnost Intel zavede 3D tranzistor zvaný Tri-Gate, jehož základní obrysy byly poprvé představeny v roce 2002, do masové výroby ve své 22nm výrobní technologii v čipu, jenž je zatím kódově označován Ivy Bridge. Jeden nanometr představuje miliardtinu metru.

Trojrozměrné tranzistory Tri-Gate představují odklon od dvojrozměrných, plochých tranzistorů, které poháněly nejen všechny počítače, mobilní telefony a přístroje spotřební elektroniky, ale také elektroniku v automobilech, kosmických lodích, domácích spotřebičích, lékařských zařízeních a tisícovkách dalších zařízení, která každodenně používáme již po desetiletí.

Vědci již delší dobu poukazují na výhody trojrozměrné struktury k udržení tempa Mooreova zákona, jelikož rozměry elektronických zařízení se natolik zmenšily, že se z nich staly bariéry bránící dalšímu pokroku. Mooreův zákon je předpověď tempa vývoje počítačové technologie. Říká, že vývoj technologie se zrychlí zhruba každé dva roky, přičemž se zároveň bude zvyšovat funkčnost, výkon a budou se snižovat náklady. Mooreův zákon se stal základním modelem pro odvětví polovodičů po více než 40 let.

Díky trojrozměrným tranzistorům Tri-Gate mohou procesory fungovat při nižším napětí s nižším únikem energie, takže oproti předchozím procesorům nabízejí kombinaci energetické účinnosti a výkonu. To poskytuje flexibilitu konstruktérům čipů, kteří si mohou vybírat tranzistory určené pro nízkou spotřebu anebo naopak vysoký výkon – vše podle typu aplikace. Trojrozměrné 22nm 3D tranzistory nabízejí oproti plochým tranzistorům Intel 32nm nárůst výkonu o 37 procent při nízkém napětí. Díky této úspoře se tranzistory hodí pro použití v malých úsporných kapesních zařízeních. Nové tranzistory spotřebují méně než polovinu energie potřebné pro staré tranzistory na 32nm čipech.

Tradiční ploché tranzistory byly nahrazeny tenkou trojrozměrnou křemíkovou vrstvou, jež vertikálně vystupuje z křemíkového substrátu. Kontrola proudu je zajištěna bránou na každé ze tří stran zmíněné vrstvy – dvě brány po stranách a jedna nahoře namísto pouhé jedné nahoře, jako je tomu u dvojrozměrných tranzistorů. Dodatečný tranzistor umožňuje maximální tok proudu při požadovaném vysokém výkonu a naopak téměř nulový tok v případě, že výkon očekáván není. Díky tomu se podařilo snížit spotřebu a tranzistor dokáže rychle přecházet mezi dvěma výše zmíněnými stavy.

Stejně jako mrakodrapy umožňují městským architektům optimalizovat dostupné místo tím, že se staví směrem vzhůru, tak trojrozměrný tranzistor Tri-Gate nabízí konstruktérům počítačů způsob, jak řídit hustotu. Tranzistorové ploutve jsou vertikální, tudíž je možné je umisťovat velice blízko sebe, což má klíčový význam pro technologické a ekonomické přínosy Mooreova zákona. V budoucích generacích budou konstruktéři moci zvyšovat výšku těchto ploutví a dosahovat ještě vyššího výkonu a energetické úspornosti. Tranzistor Tri-Gate bude implementován v novém 22nm výrobním procesu, který označuje velikost tranzistoru. Do tečky na konci této věty by se vešlo přes 6 milionů tranzistorů Tri-Gate.