Intel ontwikkelt eerste 3-D transistors
Intel heeft een belangrijke doorbraak gemaakt in de basisstructuur van de transistor - de bouwsteen van de moderne elektronica. Voor het eerst sinds ze meer dan vijftig jaar geleden zijn uitgevonden, zullen transistors gemaakt worden volgens een revolutionair driedimensionaal ontwerp: de zogeheten ‘Tri-Gate’. Deze nieuwe transistors zullen voor het eerst worden toegepast in de productie van een nieuwe 22nanometer Intel-chip met de codenaam ‘Ivy Bridge’.
De nieuwe driedimensionale Tri-Gate transistor betekent het afscheid van de platte, tweedimensionale transistor die decennialang niet alleen de basis vormde van computers, mobiele telefoons en consumentenelektronica maar ook van apparaten in auto’s, ruimteschepen, medische apparatuur en duizenden andere apparaten die we dagelijks gebruiken.
“Intels wetenschappers en ingenieurs hebben de transistor opnieuw uitgevonden, waarbij ze voor het eerst gebruik hebben gemaakt van de derde dimensie”, zegt Paul Otellini, president en CEO van Intel. “Met de nieuwe mogelijkheden die deze technologie biedt, zijn verbazingwekkende en revolutionaire apparaten mogelijk en betreedt de Wet van Moore een totaal nieuw gebied.”
Intels 3-D transistors laten chips op een lager voltage werken met minder stroomverlies, wat ongekende energiebesparingen en prestatiewinsten oplevert in vergelijking met de vorige generatie transistors. Chipdesigners kunnen nu chips ontwikkelen die, afhankelijk van de toepassing, energiezuinig of uiterst krachtig zijn.
In vergelijking met de vorige 32nm vlakke transistors, bieden de 22nm 3-D transistors prestatiewinsten tot 37 percent bij een laag voltage. Deze prestatiewinst maakt ze uitermate geschikt voor toepassing in kleine, draagbare toestellen waar een laag energieverbruik erg belangrijk is. Daarnaast verbruiken de nieuwe transistors maar half zo veel energie wanneer ze op hetzelfde vermogen werken als 2-D transistors.
“De prestatiewinsten en energiebesparingen die we nu zien zijn ook voor ons ongekend”, zegt Mark Bohr, Intel Senior Fellow. “Dit gaat veel verder dan gewoon het voortzetten van de Wet van Moore. Het lage energieverbruik gaat veel verder dan wat we normaal gezien bereiken bij een volgende generatie chiptechnologie. Het biedt productontwikkelaars de mogelijkheid om bestaande producten kleiner te maken en ook om totaal nieuwe producten te ontwikkelen. We verwachten dan ook dat deze doorbraak Intels voorsprong op de rest van de halfgeleiderindustrie zal vergroten.
De Wet van Moore - genaamd naar Intels medeoprichter Gordon Moore - stelt dat transistors steeds kleiner, goedkoper en zuiniger worden. Daardoor heeft Intel steeds meer eigenschappen en rekenkernen kunnen toevoegen aan zijn chips – waardoor de prestaties toenemen en de productiekosten per transistor dalen.
Het voortzetten van de Wet van Moore is nooit eenvoudig geweest en het was nog moeilijker voor de nieuwe generatie 22nm transistors. Dit komt omdat intussen natuurkundige barrières bereikt werden die een verdere verkleining moeilijk maakten. De uitvinding van de Tri-Gate transistor door Intel onderzoekers dateert al van 2002 (de naam ‘Tri-Gate’ verwijst naar de drie zijdes van de ‘gate’ of poort van de transistor). Jaren van verder onderzoek heeft geleid tot de mogelijkheid van massaproductie die Intel vandaag aankondigt.
Met de aankondiging van de driedimensionale transistor wordt de basisstructuur van de transistorschakelaar opnieuw uitgevonden. De traditionele platte, tweedimensionale gate (poort) wordt vervangen door een uiterst dunne, driedimensionale silicium-‘vin’ die verticaal op het substraat staat. Het regelen van de stroom wordt bereikt door op elk van de drie zijdes van de vin een gate te plaatsen – twee aan elke zijde en één bovenop. Dit in tegenstelling tot de tweedimensionale transistor, die slechts één gate bovenop heeft. De extra controlemogelijkheden maken het mogelijk om de stroom maximaal te laten vloeien wanneer de transistor ‘aan’ staat (voor maximale prestaties) en tot een absoluut minimum te herleiden wanneer de transistor ‘uit’ staat (voor minimaal energieverbruik). Daarbij is het mogelijk om razendsnel tussen beide posities te schakelen.
Net zoals wolkenkrabbers het voor stedenbouwkundigen mogelijk maken om optimaal gebruik te maken van de beschikbare ruimte, door verticaal te bouwen, zo biedt Intels 3-D Tri-Gate transistorstructuur een nieuwe manier om meer chipcomponenten op de beschikbare ruimte te plaatsen. Dankzij de driedimensionale structuur van deze vinnen kunnen transistors ook dichter op elkaar geplaatst worden. In toekomstige processorgeneraties kunnen ontwikkelaars de vinnen nog hoger maken, waardoor de prestaties en het energieverbruik verder zullen verbeteren.
