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Intel stellt dreidimensionale Transistoren her
Intel hat das Design seiner nächsten Chipgeneration vorgestellt. Das neue Transistordesign, das ein dreidimensionales Gate anstelle eines flachen verwendet, wird im nächsten Jahr in den Fabs des Unternehmens in Produktion gehen. Das Unternehmen sagt, dass die dreidimensionale Struktur es dem Unternehmen ermöglichen wird, die Dichte seiner Chips zu verdoppeln und gleichzeitig Leistungssteigerungen und einen geringeren Stromverbrauch zu bieten. Das Design wird zunächst in den Core-Prozessorchips des Unternehmens eingeführt, die für Desktops verwendet werden. Danach werden sie in Intels Mobile- und Handheld-Chiplinie namens Atom integriert.
Laut Intel wird die Herstellung des Chips die erste Großserienproduktion von dreidimensionalen Transistoren sein. Die neuen Chips sind 37 Prozent schneller als die aktuellen des Unternehmens, wenn sie mit niedrigen Spannungen betrieben werden, um den Stromverbrauch niedrig zu halten. Und sie benötigen die Hälfte der Leistung, um bei einer bestimmten Schaltgeschwindigkeit zu funktionieren. Der Stromverbrauch ist bei Handheld-Geräten wichtig, da er bestimmt, wie lange der Akku hält. Dies ist auch in den stromhungrigen Serverfarmen, aus denen die Cloud besteht, von entscheidender Bedeutung.
Die besten Chips auf dem Markt verwenden heute Planartransistoren mit einer Größe von 32 Nanometern. Die nächste Generation wird 22-Nanometer-Transistoren verwenden. Um mehr Rechenleistung in diese kleinere Größe zu packen, ohne den Strombedarf in die Höhe zu treiben, musste sich das Unternehmen einem neuen Design zuwenden. Die Schwierigkeit, das planare Gerät zu skalieren, wurde extrem, sagt William Holt , General Manager der Technologie- und Fertigungsgruppe von Intel. Die 22-Nanometer-Chips des Unternehmens werden vollständig aus dreidimensionalen Transistoren bestehen.
Da sie kleiner und kleiner werden, unterliegen herkömmliche Transistoren einem Problem, das als Leckstrom bezeichnet wird. Das bedeutet, dass im ausgeschalteten Zustand des Transistors noch ein geringer Strom durchfließt. Dies führt zu Fehlern und verbraucht Strom. Intel sagt, dass das dreidimensionale Design diesem Problem weniger ausgesetzt ist.
Herkömmliche Transistoren verwenden eine Metallelektrode, das sogenannte Gate, um den Elektronenfluss durch einen ebenen Kanal im Siliziumsubstrat zu steuern. Wenn der vom Gate angelegte Strom hoch genug ist, fließen Elektronen durch den Kanal zwischen den Source- und Drain-Elektroden. Das dreidimensionale Design von Intel weist dieselben grundlegenden Elemente auf. Der Kanal ist jedoch nicht flach, sondern eine erhabene Finne aus Silizium, die an drei Seiten vom Gate umgeben ist. Dies ermöglicht eine engere Verbindung zwischen dem Gate und dem Kanal, was wiederum eine bessere Kontrolle ermöglicht und die Leckage stark reduziert. Durch das Verbinden eines Elektrodensatzes mit mehreren Finnen in einem einzigen Transistor kann das Unternehmen Transistoren herstellen, die mit einem größeren Treiberstrom arbeiten – ein Plus für den Hochleistungsbetrieb.
Aufbauen: Der 32-Nanometer-Transistor links wird heute in Intels Chips verwendet; rechts befindet sich der neue dreidimensionale 22-Nanometer-Transistor des Unternehmens. Bei dem neuen Transistor überschneiden sich Gates mit Siliziumfinnen, die von der Chipoberfläche abstehen und auf drei Seiten mit dem Gate interagieren, ein Design, das zu weniger Leckstrom führt.
Das Unternehmen entwickelt den Tri-Gate-Transistor seit 2002. Die eigentliche Herausforderung besteht darin, ihn für die Fertigung vorzubereiten, sagt Mark Bohr, Senior Fellow bei Intel. Bohr spekuliert, dass das Unternehmen mit dieser Technologie drei Jahre Vorsprung vor anderen Chipherstellern hat.
Laut Intel erfordert die Herstellung der dreidimensionalen Transistoren keine neuen Fertigungstechnologien. Zusätzliche Ätzschritte führen zu einer geringen Erhöhung der Produktionskosten.
Das Unternehmen sagt, dass das dreidimensionale Design noch weiter auf die nächste Chipgeneration skalieren wird, die 14-Nanometer-Transistoren verwenden wird. Darüber hinaus braucht es etwas Neues. Wir befinden uns wirklich in einer Ära, in der wir die Transistorgrößen nicht mehr verkleinern können und erhebliche Vorteile erwarten, sagt Bohr. Wir müssen ständig innovieren und neue Strukturen und Materialien erfinden.