Moderní výrobní procesy: trubkovité tranzistory přichází

Intel si připravil svůj 22nm proces pro výrobu procesorů Core generace Ivy Bridge, které nastoupily v desktopové podobě v dubnu roku 2012. Ovšem samotná technologie a 3D tranzistory Tri-gate byly představeny už o rok dříve společně s daným procesem, čímž Intel jako vůbec první nahradil rovinné tranzistory s Hi-k dielektrikem, které používal od 45nm procesu v roce 2007 zcela novým typem. Rovinné tranzistory jako takové se ale používají odepaměti, což jsou ve světě počítačových čipů desítky let.

Jak ukazuje ilustrace, kanál mezi elektrodami už do hradla nezasahuje jen ve 2D rovině. Procházejí hradlem jako vertikálně postavená žebra (od toho mluvíme o technologii FinFET), takže elektricky vodivá plocha, skrz kterou procházejí hradlem elektrony (v zapnutém stavu), je ve výsledku daleko větší.

Díky malé ploše, kterou takový tranzistor zabere, je možné navíc v rámci jednoho využít třeba 3 taková žebra, čímž se vlastnosti tranzistoru ještě podstatně zlepší díky větší souhrnné ploše kanálů. Přepínání takových tranzistorů je díky tomu daleko rychlejší než u rovinných a rozdíl se dále zvyšuje ve prospěch Tri-gate se snižujícím se napětím. Mimochodem, Tri-gate se tyto tranzistory nejmenují podle toho, že využívají i 3 žebra, ale podle toho, že skrz hradlo prochází jako struktura se 3 stranami.

 

Tranzistory Tri-gate tak velice dobře splnily obecný požadavek maximalizovat v zapnutém stavu tranzistoru elektronový tok, zamezit mu ve vypnutém stavu a to s velice rapidním přepínáním těchto stavů. Zde se přitom pohybujeme v řádu sta miliard přepnutí za sekundu.

 

Tri-gate se tak mohou označovat i za první 3D tranzistory, i když i rovinné pochopitelně mají svou 3D strukturu. Zde to ale platí pouze s ohledem na průchod kanálů hradly a my si výsledné čipy nesmíme plést s moderními 3D čipy, kde jde o něco zcela jiného. Například jde o již dlouho aktuální paměti 3D NAND Flash od různých výrobců, které tvoří opravdu trojrozměrnou strukturu na sebe navrstvených paměťových buněk, jichž může být třeba rovnou 64. Zde tak nemluvíme o struktuře tranzistorů nebo jiných prvků v čipu, ale o struktuře samotných čipů.

 

 

3D NAND Flash - typ BiCS od Toshiby

 

Intel tak před lety odstartoval výrobu nových typů tranzistorů, která mu zajistila velice podstatný náskok ve výrobě, kvůli němuž mohl být tak dlouho na výsluní jako výrobce procesorů. AMD mu v té době už konkurovat nemohlo, neboť to už od roku 2009 nemělo své vlastní továrny, které společně s Chartered Semiconductor vytvořily dnešní společnost GlobalFoundries. Ale i kdyby je mělo, nic by se na tom pochopitelně nezměnilo, neboť AMD se továren zbavilo i proto, že už nemělo prostředky na vývoj finančně stále náročnějších procesů.

 

AMD tak skončilo jako tzv. fabless společnost odkázaná na to, co nabídnou jiné firmy za výrobní kapacity. Právě proto se tak dlouho muselo spokojit s 32nm a 28nm procesem, což v případě GPU tak nevadilo, neboť hlavní konkurent v podobě firmy NVIDIA také nemá vlastní továrny. Ovšem ve světě procesorů, když Intel vypouštěl na trh 22nm čipy Ivy Bridge, mělo AMD v nabídce procesory FX "Vishera" postavené na klasickém procesu SOI (Silicon on Insulator) s rozlišením 32 nm. Pro ně navíc zvolilo architekturu Bulldozer s jádry sdílejícími podstatné prostředky jako matematický koprocesor, kterou už dnes vidíme spíše jako omyl i důvod žalob.

 

Intel tak mohl být dlouhá léta naprosto v klidu, kdy jej ve světě procesorů x86 v podstatě nic nenutilo připravovat podstatné inovace. Však právě od dob procesorů Ivy Bridge s až 6 jádry Intel představil procesory s maximálně 8 jádry, které byly dostupné za obvyklou hi-endovou cenu 999 dolarů. Pak představil ještě desetijádro, ale to už s cenou přes 1700 dolarů a my jsme mohli jasně vidět, co se stane, když na vedoucí firmu v oboru přestane dorážet konkurence. Nyní se už opět dotáhla a najednou tu máme 18jádrové HEDT procesory a chystané běžné desktopové procesory se šesti jádry.