Компания
191,17
рейтинг
6 мая 2011 в 14:30

Разное → Трёхмерные транзисторы. 22нм

   На днях компания Intel совершила очередной прорыв в процессоростроении, а точнее, в эволюции транзисторов — логических элементах современных процессоров. Если последние 50 лет в электронике использовались исключительно планарные структуры, то отныне в массовом производстве применяемая структура станет трехмерной. Технология, позволившая и дальше следовать закону Мура, получила название Tri-Gate. По значимости этот шаг сопоставим, разве что, с изобретением интегральной схемы транзисторов.

image

   Еще совсем недавно процессор можно было представить в виде листа бумаги, производительность которого зависела от количества ячеек-транзисторов, уместившихся на его площади. Чем больше транзисторов-ячеек на таком листе умещалось, тем выше была производительность. Понятное дело, что бесконечно уменьшать размеры транзисторов нельзя – об этом я даже как-то писал отдельную статью, которая «хорошо пошла». Однако в ближайшие годы полупроводниковая промышленность может вздохнуть спокойно и продолжить развитие прежними темпами — сейчас ячейки «можно» располагать в несколько рядов, то есть производительность процессоров будет расти вглубь (ну или ввысь, как в случае с небоскрёбами) и, честно сказать, я даже теряюсь в догадках, почему до этого додумались только сейчас. Впрочем, додумались-то до этого еще в далеком 2002, но именно сегодня речь пошла о массовом воплощении технологии в жизнь.

image

   Ученые давно признают преимущества 3D-структур — в случае с транзисторами, такой подход позволит следовать закону Мура еще достаточно долгое время. Суть новой технологии очевидна (глаз вооружен):

image
Транзистор, 32-нм

image
Транзистор Tri-Gate, 22-нм

   В традиционной планарной структуре транзистора электрический ток может протекать только по узкой поверхности проводника под затвором. В то время как в трёхмерных транзисторах ток распространяется в толще кремниевого выступа, «прорезающего» затвор.

image   Результатом такого конструкторского решения является снижение сопротивления транзистора в открытом состоянии, увеличение сопротивления в закрытом и более быстрое переключение между этими состояниями. Вместе с этим стало возможным снижение рабочего напряжения и уменьшение токов утечки. Как следствие — новый уровень энергоэффективности и солидный прирост производительности в сравнении с существующими аналогами.

Транзисторы Tri-Gate (изготовленные по технологии 22-нм) демонстрируют почти 40-процентный прирост быстродействия в сравнении с обычными (изготовленными по технологии 32-нм).

Это при том, что новые чипы будут потреблять почти вдвое меньше энергии (с той же производительностью), чем их 32-нанометровые братья с двухмерной структурой.
1 нм (нанометр) = одна миллиардная метра (1/1 000 000 000м), %username%
А ведь можно сделать, например, вот так:

image

   «Изобретение транзисторов Tri-Gate и внедрение новой технологии в 22-нм чипы меняют правила игры, — по секрету рассказал мне Пол Отеллини, президент компании Intel. — В сочетании с материалами, обладающими особой диэлектрической проницаемостью, элементами с металлическими затворами, 3D-транзисторы помогут Intel значительно снизить потребление энергии, стоимость чипа в расчете на один транзистор и существенно поднять производительность. Intel продолжит создавать лучшие в мире продукты во всех областях — от мобильных телефонов до суперкомпьютеров»

image

   Марк Бор, старший почетный исследователь компании: — Новое изобретение не только позволяет впредь следовать закону Мура. Это больше, чем просто переход с одного технологического процесса на другой — новое открытие позволяет конструировать совершенно новые устройства.

   Переход на новые трёхмерные транзисторы будет осуществлен вместе с переходом на новую 22-нанометровую технологическую норму, отражающую размер структур интегральных схем. Первым в мире микропроцессором, изготовленным по этой норме, стал чип под кодовым названием Ivy Bridge, предназначенный в первую очередь для настольных компьютеров. Соответственно, процессоры Intel Core под этим кодовым названием станут первыми массовыми чипами с транзисторами Tri-Gate – их массовое серийное производство планируется начать в конце 2011 года. По крайней мере, в плане технического оснащения к этому почти все готово – ведь чипы могут изготавливаться на обычном литографическом оборудовании.

Что касается мобильных устройств, то для них данную технологию также можно (и нужно) адаптировать – возможно, именно этот шаг начнет серьезно укреплять позиции компании в карманах пользователей.

В качестве бонуса:



Успехов!
Автор: @Boomburum
Intel
рейтинг 191,17

Комментарии (77)

  • +2
    Очень много слов, но всё по делу! Благодарю!
  • 0
    Интересно, что предоставит AMD в ответ на эту разработку.

    P.S.
    И озвучили бы, все-таки, закон Мура, а то, может, кому-то из читателей он неизвестен.
    • +5
      Если Intel запатентовали эту технологию, то могут ничего не ответить ) Да и причем тут AMD, ведь тут речь не только о процессорах — тут вызов тем же самсунгам и прочим «гигантам».
      С другой стороны, технология действительно «прорывная» и если компания будет как-то ограничивать ее распространение, это просто замедлит общий прогресс.
      • +1
        У них вроде договор о кросс-лицензировании, как мне говорили — т.е. они могут пользоваться патентами друг друга без заморочек. Рассказывавший упоминал, что к этому их военные принудили.
        • 0
          Там много у кого много разных соглашений. А иначе давно уже попали под антимонопольное законодательство. В своё время Intel спасала AMD как могла, чтобы одной на рынке не остаться.
          • 0
            Больше чем уверен, что и дальше будет продолжать спасать :) Или будут дружить вместе против кого-нибудь :)
      • 0
        Переизобретение никто не отменял.
    • +9
      Интересно, что представит Сколково в ответ на эту разработку :)
      • +35
        Трехмерную пилу, а не плоскую, которая сейчас используется :)
        • +1
          Четырёхмерную, пилит ещё по времени!
    • +2
      Закон Мура — первая ссылка в гугле!
  • –4
    Здорово!
    Еще физики бы научились эффективно использовать >3 измерений, тогда процессор можно было бы запихнуть в 4-5 измерений, что во первых, повысило бы плотность размещения транзисторов, а во вторых, площадь проводников =>меньше потери…
    но это так… мечты :)
    • +20
      Я, конечно, понимаю, что пятница, но что же вы такое курите?))
      • 0
        • +5
          Вы, наверное, не читали материал по ссылке, даже первое предложение:

          Хотя физическое пространство является трёхмерным[1], и человеческие органы чувств рассчитаны на восприятие трёх измерений[2], N-мерная геометрия широко применяется в качестве математического инструмента при решении различного рода задач, связанных с манипулированием большим числом параметров (например, задачи оптимизации с большим числом переменных, задачи геометрической вероятности).

          • 0
            Это просто была ссылка которая определяет какой то базис, дальше можно найти большой набор физических статей, о которых grokinn написал ниже
    • +4
      Вы заблуждаетесь в том, что вещество можно впихнуть в 4, 5… измерения и что оно будет вести себя так-же. Может вещество ведет себя именно так как сейчас за счет этих измерений?
      • 0
        оффтоп конечно, но покажите мне хоть одну теорему, которая бы доказывала что наше «пространственное» (в смысле не какое-нибудь прострнаство-временное) пространство а) евклидово б) 3х мерное.

        Ну и
        >измерения и что оно будет вести себя так-же.
        Не важно как оно себя ведет.

        [/оффтоп]
    • +12
      физики говорят что дополнительные измерения свернуты внутри планковской длины. Вот когда техпроцесс позволит делать транзисторы меньше 1,6*10^-35 тогда можно уже и думать о многомерных:)
      • +3
        Никогда не понимал этого выражения физиков. Может объясните «на пальцах»?
        • +9
          если вкратце то никто не знает как выглядит пространство на расстояниях меньше планковской длины, по крайней мере ясно, что понятные нам частицы и волны там существовать не могут, иначе их энергия должна быть запредельной поэтому теория струн предлагает поместить туда дополнительные измерения, по сути это лишь формулы описывающие как могло бы пространство вести себя там, посмотреть как это выглядит пока нельзя.
          а вообще популярно и хорошо на эту тему пишет Брайан Грин в книгах «Элегантная Вселенная. Суперструны, скрытые размерности и поиски окончательной теории» и «Ткань космоса. Пространство, время и текстура реальности»
        • –3
          Говорится о так называемой теории струн, я полагаю (Шелдона Купера помните?) ). Суть в том, что остальные измерения (6 или 7, видимо, от количества струн на гитаре и пошло название), помимо трех, свернуты в пространстве, соизмеримом с вышеупомянутой длиной Планка. Измерять такие величины в пространстве принято отсыланием-приемом фотонов. Но тут у нас получается несоответствие с общей теорией относительности, следуя которой имеем следующее: фотон (чем больше его энергия, тем меньше длина волны) с необходимой для этих измерений энергией должен самоликвидироваться в мелкую черную дыру, то есть теоретически (даже косвенно) экспериментально тут ничего подтвердить нельзя.

          Прикольно получается. Имеем гипотезу (все-таки слово «теория» я привык применять к чему-то, что имеет веский набор доказательств), в которой доказали, что ее экспериментально проверить нельзя :)

          И закончу высказыванием уместного здесь А. Эйнштейна: «Истина — это то, что выдерживает испытание опытом.»
          • +10
            видимо, от количества струн на гитаре и пошло название
            *facepalm.jpg*
            Прикольно получается. Имеем гипотезу


            зачем рассказывать такой феерический бред, если вы вообще не в теме?

            теория суперструн основана на гипотезе что эти струны вообще существуют. но сама гипотезой не является.
            толковый словарь тому свидетель.

            и хотя «стандартная модель» все еще более популярна, количество приверженцев теории струн с каждым годом растет.

            а доказательств хоть одной из этих теорий нет, и небыло никогда.
            есть эксперементальные данные, кторые в той или иной степени укладываются в рамки нескольких теорий.

            почитайте хоть википедию, заодно можете поинтересоваться суперсимметрией и бозоном хиггса, который так хотят увидеть в LHC.
        • +3
          Плоскость это пример двумерного пространства с двумя протяжёнными (т.е. «нормальными») измерениями.

          Тонкий провод это пример двумерного пространства с одним протяжённым измерением и одним измерением свёрнутым в кольцо. Если провод очень тонкий, то он будет казаться одномерным, хотя по настоящему он двумерный, просто одно из измерений «свернуто внутри планковской длины».

          Ну а в теории струн (M-теории как её ещё называют) говорят, что мы живём в 10-ти мерном пространстве где 3 измерения протяжённые, а остальные 7 свёрнуты в хитрую конструкцию под названием «Калаби-Яу» и при этом так малы, что различить их современные технологии не позволяют.
    • 0
      Перельман, перелогиньтесь!
  • 0
    Картинки без easter eggs? Странно (%
  • +1
    3D везде нас преследует!

    А если по существу, то это несомненно оставит положительный след в развитии IT, и главное в ближайшее время.
  • +14
    Погодите, погодите!
    Не путайте 3D транзистор с 3D интегральной схемой! а то получится как с «одноэлектронным транзистором», когда некоторые решили что весь транзистор состоит из одного электрона…
    На сколько я понял описание речь идет не о трехмерных процессорах и даже не о многослойных, который кстати сказать давно применяются — современные процессоры уже давно делают многослойными.
    Здесь речь идет только о новом построении ТРАНЗИСТОРА! Т.е. Затвор «вылез» из плоскости в третье измерение. Это безусловно дает улучшение его характеристик, но никак не скажется на законе Мура.
    • 0
      по-моему они давно уж решили переформулировать закон мура с удвоения количества транзисторов на удвоение производительности, будут считать трехмерный транзистор за 1,4 обыкновенных плюс новый техпроцесс, позволяющий разместить их ещё больше=закон мура соблюден, все счастливы
      • 0
        Там 1.37 если быть более точным, но я пока не понял, откуда берется именно эта цифра. А так, все верно — «придумали» транзисторы, улучшат техпроцесс… потом какой-нибудь материальчик новый придумают…
    • 0
      Ну, аналогия как с небоскребами, когда плотность заселения увеличивается за счет высоты здания. Так и тут — транзисторы стали трехмерными, но я же не говорил, что процессоры будут «однослойными» — они и раньше были трехмерными.
      • +6
        Так речь как раз о том, что принципиально-то как раз ничего нового и не сделали — просто усовершенствовали сам транзистор, а схема как была на 90% плоской, так ей и осталась. А «небоскребы» строить не научились пока — технологические, топологические сложности, плюс сложности проектирования. Пока только «многоэтажные парковки» делают. А Интел вот вылез типа «теперь наши парковочные боксы содержат еще и антресоль»…
        • 0
          Ну как минимум такое решение позволяет следовать тому же закону Мура без использования новых материалов — думаю, даже если бы появилась возможность (а она наверняка есть) отступить от этого закона, компания не станет этого делать. Ну и польза от всего этого есть — как для производителей, так и для потребителей… чего тогда жаловаться )
          • 0
            Вы имеете в виду отступить в сторону ускорения темпа?
            Т.е. есть вероятность, что Интел следуя закону Мура искусственно ограничивает производительность процессоров, чтобы они укладывались в линейную зависимость?
            • +1
              Очевидно. Если бы не картельный сговор, у нас ещё в 1989 были бы процессоры с частотой порядка 5ГГц, несколькими сотнями ядер и специализированными акселераторами для нескольких тысяч задач (от видео, до криптографии).

              А так — сдерживают-с…
    • +4
      Вот и я полез читать статью в надежде найти там трёхмерные чипы. А оказалось всё гораздо прозаичнее :(
      Никакой революции. Хотя, безусловно, шаг вперёд.
      • 0
        Революцией никто не называл, но «третье измерение» по сравнению с традиционными планарным вариантом (который используется с 1960-ых годов, если верить википедии) — разве не повод для поста? )
        • +2
          Марк Бор, старший почетный исследователь компании: — Новое открытие не только позволяет впредь следовать закону Мура. Это больше, чем просто переход с одного технологического процесса на другой — новое открытие позволяет конструировать совершенно новые устройства.

          Это заявление как раз является заявкой на «революцию». Хотя я понимаю, что это больше рекламный ход.
          Впрочем, не поймите меня неправильно. Я вовсе не утверждал, что данное событие недостойно статьи. Ещё как достойно. Просто хотелось разъяснить менее сведущим в этой области его значимость.
          Было бы очень интересно, если бы Вы кроме описания самого транзистора ещё и по-подробнее остановились на том, что мешало производить такие структуры в прошлом и какие технологические наработки позволили это осуществить. Похоже, что какие-то новые технологии литографии, если я не ошибаюсь?
  • +3
    Медленно, черт побери, как все это медленно! Там же десятки направлений для инноваций. Иногда мне кажется, что они специально придерживают изобретения чтобы не выйти за пределы закона Мура.

    Конкуренции у них мало, пойду почитаю недавнюю статью о производстве микропроцессоров в домашних условиях.
    • –2
      С ядерным реактором BarsMonster уже один раз удивил народ… так что не удивлюсь, если на следующее первое апреля он напишет что-нибудь про "14нм в домашних условиях" :)
      • +1
        при всё моём уважении, алексей, зависть — плохое чувство. человек пишет отличные посты, между прочим.
        • +1
          Это вовсе не зависть — я еще давно сказал, что наконец-то топ рейтинга стали возглавлять по-настоящему достойные )
    • 0
      Как сказал один человек из Интела, закон Мура поддерживается искусственно. Если его не будут поддерживать, кто то не получит премию (либо инженеры которые делают железо, либо программисты которые пишут логику процессоров).
  • 0
    > Intel продолжит создавать лучшие в мире продукты во всех областях — от мобильных телефонов до суперкомпьютеров

    Ну-ну… Как-то сочетание «мобильные телефоны», «лучшие в мире» и «продолжит» вместе не вяжутся… Как говорится: сам себя не похвалишь — никто не похвалит.

    Вообще, это конечно здорово, что происходит такое развитие в области проектирования отдельных элементов структур. Вот ещё бы это сочеталось бы с развитием общей схемы и отказом от устаревших архитектур и вообще было бы охренительно, но пока Intel сама у себя в заложниках, что, к слову, пока для неё не фатально и позволяет оставаться лидером на некоторых рынках.
    • –2
      Я иногда так рад, что русские не имеют отношение к технической эволюции.
  • 0
    Объясните, знающие люди: если все дело в количестве транзисторов, то что мешало его наращивать за счет увеличения площади плоского «листа»? В чем преимущество роста «ввысь» перед ростом «вширь»?
    • 0
      Дело в том, что дело не в количестве транзисторов :)
      Точнее, не только в нём. Площадь процессора сильно ограничена. И если интегральная схема из 10 слоёв будет практически неотличима от однослойной, то сделать удобным для использования процессор десятикратной площади не представляется возможным.
      • 0
        Площадь ограничена технологией или факторами типа «процессор в 10 раз больше неудобно будет впихивать в компьютер»?
        • +4
          И тем, и другим. Такую интегральную схему действительно сложно впихнуть в корпус, сделать разводку и т.д.
          Но главное всё-таки — технологические ограничения. Во-первых, при слишком больших размерах схемы сигнал из одного конца в другой может идти слишком долго (это утрированно). Это ставит очень сложные задачи по нивелированию данного фактора.
          Во-вторых, изготовление подобных схем будет слишком трудным и малоэффективным. Сейчас, насколько мне известно, Интел использует 30-сантиметровые пластины, на которых умещается в районе 100 ИС. Несколько из них (в разных местах) обычно бракованные. А теперь представим, что ИС увеличились в размерах в несколько раз. Их стало не 100, а 10. Насколько увеличится вероятность выбраковки процессора?
          Есть и другие ограничивающие факторы, которые уже давно заставили производителей свернуть с пути роста «вширь». Но я не специалист, подробно рассказать не смогу(
  • +1
    Да сделайте уже подмену этого банального %username% именем пользователя…
    • 0
      Так будет не интересно
  • +1
    Мне кажется, тут идет речь скорее не о изобретении самих трехмерных транзисторов, а о технологическом способе их производства. Т.к. еще в прошлом веке делали интегральные схемы из многих слоев (располагались на слитке кремния друг над другом) — т.е. сама идея, наверное, «витала» в воздухе.
    А такие трехмерные структуры обычной фотолитографией, я так думаю, получить не получится.
    Ну и технологический процесс здесь, скорее всего, довольно сложный->много брака->процессоры на этих чипах будут стоить очень дорого.
    • 0
      Не совсем, если тех процесс отработан (а судя по всему статья как раз об этом), то с браком и ценой все будет в порядке. Мне больше интересно как они технологически это делают? Травят или наращивают по шаблону? Или еще чего придумали?
      • 0
        Думаю что если сейчас они говорят об «изобретении», то тех процесс, скорее всего, оптимизирован только для лабораторных условий.
        Может быть они научились как то менять свойства самого кремния, так что обычные травление с наращиванием позволяют делать им что-то новое…
        • 0
          Насчет механизма изготовления не скажу, знаю лишь, что изготавливать будут действительно на имеющихся фабриках, а себестоимость производства чипа возросла на 2-3% (потом, видимо, будет падать).
          Касаемо масштабов — изобрели «давно», но сейчас все готово именно к массовому производству и к внедрению в новинки.
          • 0
            Ну что ж, если это действительно так чуть менее, чем полностью — то это отличная новость!
            Ждем новых прокаченных девайсов=)
  • –2
    Вопрос, который интересует читателей:
    Так когда они засунут дешевые x86 в телефоны и планшеты и взгромоздят туда винду?
    • +2
      А зачем на телефоне х86?
      Винда там уже есть в виде WP7
      • 0
        Вопрос не в том для чего. Вопрос в желании Intel засунуть это везде где только можно и нельзя.
    • 0
      если мне не изменяет память, на мотороле mpx200 2002-го года выпуска умельцы запускали вин 3.1 в виртуалке.

      а китайских смартфонов/mid с вин ХП на борту вообще чем угодно жуй
      • 0
        У китаских смартфонов в основном процессор MTK слабенький. Бывают конечно MID с x86 процессорами, но стоят от $350. По крайней мере мне не попадались дешевле, хотя может быть и есть. Вроде бы только у HTC был один то ли смартфон, то ли планшет компактных размеров, с двумя процессорами, где было две ОС одновременно, и одна из них была Windows XP. А больше ничего такого не видел. Телефоны вроде с WinMobile или WinCE
  • –1
    Если бы с таких роликов (как по форме подачи материала, так и по его доступности) начиналось обучение на радиотехнических специальностях ВУЗов, наша электроника, я думаю, не была бы такой потешной.
    • +2
      Не надо, пожалуйста. Если бы специалисто-микроэлектронщиков обучали так же безграмотно, то скоро бы никаких чипов вообще небыло.
      • 0
        Я, правда, не про ролик (он классный), а про саму статью.
        • 0
          А я про ролик. Именно потому что он классный и объясняет [как ни странно] лучше чем какой-то доцент у нас несколько лет назад.
          • +1
            Знаете, ребенку концепцию ответственности за свои поступки тоже лучше обхяснять в терминах «придет Баба Яга и заберет тебя»…

            Если вы не понимали, что вам рассказывал доцент, значит, на предыдущих курсах невнимательно лекции слушали.
  • 0
    Интересно то, что всегда в подобных статьях упоминается закон Мура. Невольно задаешься вопросом: это производители специально такой темп сохраняют, или само получается?
    • 0
      таков закон :)
  • +1
    ролик просто охуенен.
    особенно фактура металла затвора.

    надеюсь, с мистером Бором всё хорошо :)
  • 0
    Странно, что в статье ни слова про главную проблему такого подхода — отвод тепла.
    Мне всегда казалось, что микросхемы делают плоскими, а не «кубиком» именно потому, что так легче отвести тепло. Ведь теплоемкость обратно пропорциональна площади поверхности и прямо пропорциональна объему. Здесь же площадь поверхности — практически та же, зато объем «подрос». А значит транзистор будет больше нагреваться (даже несмотря на снижение энергопотребления). А тепло — враг электроники, оно сначала снижает электрические характеристики, а затем разрушает микросхему.
    • 0
      так сказано же — уменьшили потребление. Значит можно или поднять частоты или увеличить количество транзисторов. Плюс у Intel есть ещё могучий козырь в лице новой системы отвода тепла. Несколько лет назад они показывали технологию отвода тепла прямо от подложки через микроканалы. До двух сотен Ватт, вроде, позволяла отводить. Потом всё затихло, но если приспичит, то достанут и применят.
  • +3
    Марк Бор, старший почетный исследователь компании: — Новое открытие не только позволяет впредь...


    Бумбурум, скажи, пожалуйста, когда уже народ научится не путать открытия и изобретения?

    Закон всемирного тяготения, как и Америка — были открыты, и благополучно существовали и до этого события. А вот транзистор, так же как и лазер и так далее — были изобретены.
    • –1
      Это цитата, поэтому как было, так и написал. Но с замечанием согласен
      • 0
        А не подкинешь ссылку на первоисточник?
        • –1
          Элементарно же гуглится )
          • 0
            Ну это же не первоисточник, а немного безграмотный перевод. Надо было в моем посте взять «первоисточник» в кавычки. Не говорил же Mark Bohr эти слова на русском, в самом деле.
            Я имел ввиду вот этот первоисточник.
            Оттуда:
            This milestone is going further than simply keeping up with Moore's Law.

            Сравни это с:
            Однако новое открытие не только позволяет впредь следовать закону Мура.


            И следующие несколько предложений вообще перевраны — что-то опущено, что-то переведено так, что исказился смысл. Вообще, нехорошо человеку приписывать слова, которые он не говорил. Если уж занимаетесь «литературным» переводом, то уберите кавычки и отсылку к конкретному человеку.
            • 0
              Окей, будем иметь ввиду!

Только зарегистрированные пользователи могут оставлять комментарии. Войдите, пожалуйста.

Самое читаемое Разное