Zvýší TeraHertz rychlosti CPU?
30.11.2001, Petr Klabazňa, článek
Jak se zvyšuje složitost polovodičů a dosahuje se dalších a dalších mezníků ve velikosti a výkonu tranzistorů, objevuje se nové omezení – spotřeba a teplo začínají bránit plynulému vývoji a výrobě procesorů. Ale již dnes existuje odpovídající řešení...
O těchto novinkách (TeraHertz, nová technologie) jsme již zevrubně informovali v aktualitách. Společnost Intel oznámila novou strukturu tranzistorů a nové materiály. Tyto by měly pomoci výrazně zvýšit rychlosti, přispět k lepšímu využití energie a v neposlední řadě také snížit tepelné vyzařování (což je dle mého mínění pravděpodobně pro tuto technologii asi největším problémem).
Práce na vývoji postupně ukázala, že lze sice vyrábět stále menší a rychlejší tranzistory, ale zároveň se objevují zásadní problémy v oblasti spotřeby energie (produkce tepla a svodové proudy). O této problematice budou hovořit vědci na konferenci IEDM (International Electron Device Meeting), která se koná 3. prosince ve Washingtonu D.C. Technické materiály se zaměřením na spotřebu energie, svodové proudy a zahřívání s ohledem na přínos dvou novinek v konstrukci tranzistorů: nový tranzistor s ochuzeným substrátem (depleted substrate transistor) a nový materiál nazývaný „vysoké dielektrické K hradlo“ (high k gate dielectric). Jejich kombinací se výrazně snižuje svodový proud, což má také vliv na celkovou spotřebu elektrické energie.
Nová architektura, lépe řečeno tranzistory Intel TeraHertz, se budou schopny přepnout více než bilionkrát za sekundu (pro porovnání - pokud by chtěl člověk vlastní rukou bilionkrát vypnout a zapnout světlo, trvalo by mu to více jak 15 000 let :-o). Jedním ze stavebních kamenů nové architektury je tranzistor s ochuzeným substrátem (depleted substrate transistor), což je nový typ CMOS, kde je tranzistor postaven na ultratenkém křemíkovém plátku potaženém izolační vrstvou. Tato ultratenká křemíková vrstva, odlišná od běžných systémů křemíku na izolátoru SOI (silicon-on-insulator), je zcela ochuzená, což maximalizuje průtok proudu při zapnutém tranzistoru a zároveň umožňuje rychlejší přepnutí tranzistoru z jednoho stavu do druhého.
Na druhé straně, pokud je tranzistor vypnutý, je pomocí tenké izolační vrstvy nežádoucí svodový proud snížen na minimum. Tranzistory s ochuzeným substrátem tak mají až 100krát nižší svod než tradiční systémy s křemíkem na izolátoru. Další novinkou v tranzistorech s ochuzeným substrátem je zabudování nízko-odporových kontaktů na horní straně křemíkové vrstvy. Ve výsledku tedy tranzistory mohou být velmi malé, velice rychlé a spotřebovat přitom méně energie.
Dalším klíčovým momentem byl vývoj nového materiálu nahrazujícího křemíkový dioxid na primární destičce. Všechny tranzistory obsahují materiál (gate-dielectric) oddělující hradlo tranzistoru (gate) od aktivního kanálu – hradlo ovládá stav tranzistoru, zapíná jej a vypíná. Tranzistory uvedené v posledním roce měly tuto oddělovací dielektrickou vrstvu vyrobenu z křemíku tenkého pouze 0,8 nanometru (tři atomové vrstvy). Nicméně svod skrze tuto atomicky tenkou vrstvu se stal jedním z největších odběratelů elektrické energie v procesoru.
Tento objev bych osobně zařadil jako další k docílení snahy k nasazení výkonnostně náročných aplikací: jako je rozeznávání hlasu, tváře, resp. zabezpečení obecně a to v reálném čase, práce s počítačem bez nutnosti použití klávesnice a vývoj ještě menších inteligentních zařízení s vyšším výkonem a delší výdrží baterií. Obdobné snahy již byly zmiňovány např. v tomto článku .. "stroj osobní historie".
Na tranzistory Intel TeraHertz si ještě počkáme, zavedení do výroby se předpokládá až v průběhu roku 2005. Do té doby je ale možné shlédnout "prototyp" na konferenci IEDM...
Zdroj tisková zpráva
Práce na vývoji postupně ukázala, že lze sice vyrábět stále menší a rychlejší tranzistory, ale zároveň se objevují zásadní problémy v oblasti spotřeby energie (produkce tepla a svodové proudy). O této problematice budou hovořit vědci na konferenci IEDM (International Electron Device Meeting), která se koná 3. prosince ve Washingtonu D.C. Technické materiály se zaměřením na spotřebu energie, svodové proudy a zahřívání s ohledem na přínos dvou novinek v konstrukci tranzistorů: nový tranzistor s ochuzeným substrátem (depleted substrate transistor) a nový materiál nazývaný „vysoké dielektrické K hradlo“ (high k gate dielectric). Jejich kombinací se výrazně snižuje svodový proud, což má také vliv na celkovou spotřebu elektrické energie.
Nová architektura, lépe řečeno tranzistory Intel TeraHertz, se budou schopny přepnout více než bilionkrát za sekundu (pro porovnání - pokud by chtěl člověk vlastní rukou bilionkrát vypnout a zapnout světlo, trvalo by mu to více jak 15 000 let :-o). Jedním ze stavebních kamenů nové architektury je tranzistor s ochuzeným substrátem (depleted substrate transistor), což je nový typ CMOS, kde je tranzistor postaven na ultratenkém křemíkovém plátku potaženém izolační vrstvou. Tato ultratenká křemíková vrstva, odlišná od běžných systémů křemíku na izolátoru SOI (silicon-on-insulator), je zcela ochuzená, což maximalizuje průtok proudu při zapnutém tranzistoru a zároveň umožňuje rychlejší přepnutí tranzistoru z jednoho stavu do druhého.
Na druhé straně, pokud je tranzistor vypnutý, je pomocí tenké izolační vrstvy nežádoucí svodový proud snížen na minimum. Tranzistory s ochuzeným substrátem tak mají až 100krát nižší svod než tradiční systémy s křemíkem na izolátoru. Další novinkou v tranzistorech s ochuzeným substrátem je zabudování nízko-odporových kontaktů na horní straně křemíkové vrstvy. Ve výsledku tedy tranzistory mohou být velmi malé, velice rychlé a spotřebovat přitom méně energie.
Dalším klíčovým momentem byl vývoj nového materiálu nahrazujícího křemíkový dioxid na primární destičce. Všechny tranzistory obsahují materiál (gate-dielectric) oddělující hradlo tranzistoru (gate) od aktivního kanálu – hradlo ovládá stav tranzistoru, zapíná jej a vypíná. Tranzistory uvedené v posledním roce měly tuto oddělovací dielektrickou vrstvu vyrobenu z křemíku tenkého pouze 0,8 nanometru (tři atomové vrstvy). Nicméně svod skrze tuto atomicky tenkou vrstvu se stal jedním z největších odběratelů elektrické energie v procesoru.
Tento objev bych osobně zařadil jako další k docílení snahy k nasazení výkonnostně náročných aplikací: jako je rozeznávání hlasu, tváře, resp. zabezpečení obecně a to v reálném čase, práce s počítačem bez nutnosti použití klávesnice a vývoj ještě menších inteligentních zařízení s vyšším výkonem a delší výdrží baterií. Obdobné snahy již byly zmiňovány např. v tomto článku .. "stroj osobní historie".
Na tranzistory Intel TeraHertz si ještě počkáme, zavedení do výroby se předpokládá až v průběhu roku 2005. Do té doby je ale možné shlédnout "prototyp" na konferenci IEDM...
Zdroj tisková zpráva
