В мае корпорация Intel представила миру плод исследований, проводившихся нескольких десятилетий - технологию производства трёхмерных транзисторов Tri-Gate. В самой компании эту технологию называют революционной и самой важной за последнее десятилетие. В принципе, у Intel для подобного заявления есть все основания - впервые разработан механизм создания интегральных микросхем на базе не планарных (плоских), а трехмерных элементов. В течение пятидесяти лет, прошедших с момента начала производства микрочипов, велись исследования по улучшению технологии производства элементов этих микрочипов, но только сейчас трехмерная технология стала коммерчески доступной и рентабельной при массовом производстве.
Еще в 2002 году в научно-исследовательских лабораториях Intel были получены опытные образцы транзисторов с трехмерным затвором, и в этом же году технологии было присвоено имя Tri-Gate. У компании поистине наполеоновские планы: еще до конца 2011 года технологию Tri-Gate совместно с переходом на техпроцесс 22 нанометра, будет внедрена в производство и на этой базе будут выпущены многоядерные процессоры под названием Ive Bridge.
Так в чем же заключается революционность новых трехмерных транзисторов? Почему компания Intel возлагает на них такие большие надежды? Для ответов на эти вопросы, думаю, стоит заглянуть внутрь транзистора. 
На приведенном выше рисунке слева показаны два типа МДП-транзисторов, которые используются во всей современной электронике, а справа транзистор, изготовленный по технологии Tri-Gate. У МДП-транзистора на подложке (полупроводник с относительно высоким удельным сопротивлением) расположены области с противоположным, относительно подложки, типом проводимости. На этих областях смонтированы электроды - сток и исток. Поверхность между стоком и истоком покрыта тонким слоем диэлектрика. Так как подложка обычно выполнена из кремния, диэлектриком выступает выращенный методом высокотемпературного окисления слой двуокиси кремния. На слой диэлектрика нанесен металлический электрод - затвор. Таким образом, получается структура, состоящая из металла, диэлектрика и полупроводника. Поэтому полевые транзисторы с изолированным затвором часто называют МДП-транзисторами. Существуют две разновидности МДП-транзисторов: с индуцированным каналом (на рисунке - а) и со встроенным каналом (на рисунке - б).
У транзисторов Tri-Gate, как можно видеть на рисунке, немного другая структура: затвор (Gate) расположен вертикально, относительно стока (Drain) и истока (Source). Очевидно, что такая компоновка уменьшает размер транзистора и позволяет смонтировать больше элементов на каждом квадратном миллиметре микросхемы, что, в свою очередь, дает возможность и дальше следовать темпам развития, заданным так называемым Законом Мура. Также трёхмерная технология производства транзисторов позволяет создавать микросхемы, которые работают на более низком напряжении и с меньшими токами утечки. Снижение этих параметров означает увеличение как производительности транзисторов, так и энергоэффективности. Наконец, 3D-транзисторы быстрее переключаются, в открытом состоянии сопротивление при прохождении электронов минимально, а в закрытом их поток перекрывается практически полностью. 
В данный момент процессоры компании Intel построены по 32-нм технологии на базе планарных транзисторов второго поколения. Планируемые к выпуску в конце года процессоры Ive Bridge будут первыми процессорами, в которых будут применены трехмерные транзисторы. По официальной информации Intel, изготовленные по 22-нм технологии транзисторы Tri-Gate, при более низком напряжении работы обеспечивают более высокую производительность - до 37% прироста. Процессоры на трехмерных транзисторах при вдвое меньшей электрической "прожорливости" обеспечивают такую же производительность, как построенные на двухмерных трензисторах. В связи с этим, подобные процессоры как нельзя лучше будут себя чувствовать в секторе портативных устройств, где важна не только производительность, но и время автономной работы от батареи.
Не стоит забывать, что для портативных устройств особенно важна миниатюрность. И здесь новой разработке Intel нет равных: по оценкам инженеров компании, на площади в один пиксель монитора, на котором вы видите эту статью, можно разместить более 6 миллионов транзисторов Tri-Gate при 22-нм техпроцессе.
Окрыленная перспективами новой технологии, корпорация Intel уже в 2011-2012 году планирует перевести на 22-нанометровый техпроцесс 4 своих фабрики в США и одну в Израиле. Кроме того, хотя в компании и признают рост себистоимости производства чипов на трехмерных транзисторах, но уверяют, что разница составит не больше трех процентов, а при крупномасштабном серийном производстве себестоимость даже снизится по сравнению с обычными планарными микросхемами. Таким образом и конкурентную цену Intel сможет предоставить потребителям. 
Кстати, если вспомнить закон Мура (Гордон Мур был одним из основателей компании Intel), который гласит, что число транзисторов на кристалле удваивается каждые два года, можно понять почему в корпорации считают переход на трехмерные транзисторы прекрасной илюстрацией действия этого закона. Дело в том, что при приближении к 22-нанометровой технологии производства, закон Мура исчерпывал себя - все сложнее и сложнее становилось ему следовать, поскольку при такой миниатюризации удвоить число транзисторов, но сохранить не то что производительность, а даже хотя бы просто работоспособность микросхемы, становилось фактически невозможно. Как говорит сам Гордон Мур, «на протяжении многих лет мы осознавали, что степень миниатюризации транзисторов имеет определённые пределы. Преобразование базовой структуры - революционный подход, который позволяет и далее следовать выявленному ранее закону развития технологий». И вот теперь изобретение трехмерных структур вновь подтвердило справедливость закона.
После заявления корпорации Intel о начале производства процессоров на транзисторах Tri-Gate, изготовленных по техпроцессу 22 нм., всем стало очевидно, что Intel получила беспрецедентные конкурентные преимущества абсолютно над всеми производителями микрочипов. Даже ближайший конкурент, компания AMD, в данный момент производит процессоры лишь на основе 45-нм технологии, и только после презентации в начале июня новых гибридных процессоров Llano планирует перевод фабрик на техпроцесс 32 нм. Компании AMD до 22-нм технологии далеко, а о трехмерных транзисторах вообще говорить нет смысла.
В целом, несмотря на то, что Intel уйдет в огромный технологический отрыв от конкурентов, потребителям стоит скорее радоваться, чем грустить: микрочипы на новых трехмерных транзисторах позволят производителям готовых решений выпускать на рынок более производительные, более энергоэффективные и более миниатюрные устройства. Остается лишь надеяться, что цены конечных продуктов тоже будут стремиться к миниатюризации. |
