Intel hat den Transistor neu gestaltet, diesmal in 3D
Die dreidimensionalen Transistoren, die zur Herstellung von Chips mit 22-Nanometer-Bandbreite verwendet werden, bieten eine beispiellose Kombination aus reduziertem Stromverbrauch und erhöhter Leistung.
Intel meldete heute einen großen Durchbruch bei der Entwicklung von Transistoren, den Bausteinen der modernen Mikroelektronik. Seit der Erfindung der siliziumbasierten Transistoren vor 50 Jahren wurden erstmals Transistoren mit dreidimensionaler Struktur kommerziell hergestellt. Intel wird der erste sein, der in seiner 22-Nanometer-Halbleitertechnologie sogenannte Tri-Gate- oder Drei-Gate-Transistoren verwendet, um Prozessoren mit dem Codenamen Ivy Bridge herzustellen. Dreidimensionale Tri-Gate-Transistoren stellen eine grundlegende Abkehr von den zweidimensionalen ebenen Transistoren dar, auf denen bisher alle mikroelektronischen Chips aufgebaut sind.
„Intel-Wissenschaftler und -Ingenieure haben den Transistor neu erfunden und dieses Mal die dritte Dimension genutzt“, sagte Paul Otellini, Präsident und CEO von Intel. Wissenschaftler haben seit langem die Vorteile der 3D-Struktur erkannt, um das vom Mooreschen Gesetz vorgegebene Tempo auch dann beizubehalten, wenn die Miniaturisierung aufgrund der Beschränkungen der physikalischen Welt auf atomarer Ebene schwierig wird. Intel veröffentlichte seine Forschungen zu Drei-Gate-Transistoren erstmals im Jahr 2002, und der Punkt des heutigen Durchbruchs ist, dass Intel die innovative Lösung für die Massenproduktion anwendbar gemacht hat. Dies eröffnete eine weitere Ära vor dem Mooreschen Gesetz, die eine ganze Reihe innovativer Entwicklungen ermöglichte. Das Mooresche Gesetz geht davon aus, dass sich die Anzahl der auf einem einzigen Siliziumwafer integrierten Transistoren dank der Fortschritte in der Halbleitertechnologie alle zwei Jahre etwa verdoppeln wird. Dieses Tempo hat die letzten vier Jahrzehnte der Halbleiterindustrie bestimmt.
Die alte 3D-Version ist links und die neue XNUMXD-Version rechts
Beispiellose Verbrauchsreduzierung und Leistungssteigerung
3D-Tri-Gate-Transistoren ermöglichen den Chips, bei niedrigeren Spannungspegeln zu arbeiten, wodurch die Leistung drastisch erhöht werden kann, ohne den Stromverbrauch zu erhöhen oder einen bestimmten Leistungspegel mit viel geringerem Stromverbrauch zu erreichen. Dies gibt Chipdesign-Ingenieuren die Freiheit zu entscheiden, ob sie je nach Bereich eine höhere Leistung oder einen geringeren Stromverbrauch anstreben. Die 22-Nanometer-Drei-Gate-Transistoren weisen bei niedrigen Spannungen bis zu 37 Prozent mehr Leistung auf als die 32-Nanometer-Plane-Transistoren von Intel. Dieser enorme Fortschritt macht die Technologie ideal für Smartphones, da ein enormer Leistungssprung ohne Mehrverbrauch erreicht werden kann. Die neue Technologie erreicht ein bestimmtes Leistungsniveau bei etwa der Hälfte des Verbrauchs.
„Die mit Intels einzigartigen 3D-Tri-Gate-Transistoren erreichte Geschwindigkeit der Leistungssteigerung und Senkung des Stromverbrauchs ist unübertroffen“, sagte Mark Bohr, Intel-Ingenieur. „Bei diesem Meilenstein geht es um mehr als die Einhaltung des Mooreschen Gesetzes. Die Vorteile der reduzierten Spannung und des reduzierten Verbrauchs gehen weit über das hinaus, was wir normalerweise von einem Generationsschritt erfahren. Wir glauben, dass dieser Durchbruch den Vorsprung von Intel gegenüber anderen Akteuren in der Halbleiterindustrie weiter erhöhen wird."
Dank der herausragenden, ultradünnen Ebene des Transistors lassen sie sich eng aneinander integrieren und lösen das drängendste Problem der Miniaturisierung, die physikalischen Grenzen des kontinuierlichen Schrumpfens von flachen Strukturen – zweidimensionale Transistoren werden in jeder Hinsicht dünner, um zu wachsen Dichte und Kraft. Durch vertikales Strecken der Ebene kann die Leistung erhöht werden, ohne die Dichte der Transistoren zu beeinträchtigen.
32 nm (links) und 22 nm (rechts)
Die weltweit erste Demonstration von 22-Nanometer-3D-Transistoren
Die dreidimensionalen Tri-Gate-Transistoren werden mit Intels nächster Generation der 22-Nanometer-Fertigungstechnologie vorgestellt, die das Unternehmen in der zweiten Jahreshälfte als weltweit erste in die Massenproduktion einführen wird. Um die Reife der Technologie zu beweisen, hat Intel heute auch Exemplare des weltweit ersten 22-Nanometer-Prozessors mit dem Codenamen Ivy Bridge vorgestellt, der in Laptops, Desktops und Servern gleichermaßen erhältlich ist. Neben der Ivy Bridge profitiert auch die Intel Atom Familie von der 22-Nanometer-Fertigungstechnologie, die die Integration der Atom-Prozessoren weiter verbessert. Die 22-Nanometer-Atom-Chips werden eine höhere Leistung und Funktionalität bieten und gleichzeitig die Leistungs-, Kosten- und Größenanforderungen mobiler Geräte erfüllen.
