Revoluční 3D tranzistory Intel Tri-Gate, základ pro Ivy Bridge

27. 7. 2011 07:00    Rubrika: Technologie    Autor: František Doupal

Letos na jaře Intel představil zajímavý pokrok v oblasti vývoje tranzistorů. Na rozdíl od stávajících tranzistorů, které se vyvíjely několik desetiletí, se počítá s rozšířením tranzistorových kanálů i do třetího rozměru. Díky tomu je možné lépe kontrolovat procházející proud, což umožňuje současně zvyšovat výpočetní výkon mikroprocesoru a zároveň snižovat jeho celkovou spotřebu. Poprvé bychom se měli s inovovanými tranzistory setkat již v příštím roce, kdy by měly být na trh uvedeny procesory označované jako 'Ivy Bridge'.

Od roku 1947, kdy byl úspěšně sestaven první fungující tranzistor, prošly související technologie obrovským pokrokem. Mezi nejviditelnější důsledky patřilo na poli tranzistorů jejich zmenšování, zefektivňování a zkvalitňování umožňující dnes na velmi malou plochu umístit i miliony tranzistorů, což bylo ještě před několika málo lety zcela nemyslitelné.

Vývoj však u většiny technologií nelze protahovat do nekonečna, protože jednou zkrátka většinou dojde k dosažení určitých limitů, za které cesta nevede. Totéž se stalo i na poli tranzistorů, jejichž zmenšování bylo při použití současných postupů stále náročnější a obtížnější. U tranzistorů za to mohlo hlavně zhoršování vlastností pro přenos proudu, což mělo za následek horší kontrolu nad proudem a jeho stále větší úniky (obzvláště ve chvíli, kdy měl být tranzistor vypnutý), což bylo samozřejmě nežádoucí.

Až do nedávné doby se vyráběly procesory v tradičním plochém (dvourozměrném) provedení (hovoří se o nich i jako o tzv. planárních tranzistorech). Po roce 2000 se však pozornost odborníků začala pomalu zaobírat možností, jak u tranzistorů využít i třetí rozměr. S prvním tranzistorem tohoto typu (někdy označované také jako CMOS Tri-Gate) se mohli vědci pochlubit již v roce 2002. V té době byl však vývoj na svém začátku.

Praktické výsledky se dostavily letos na jaře, kdy společnost Intel představila tranzistory Tri-Gate. Na rozdíl od starších řešení tranzistorů je u nich průtok proudu kontrolován hned na třech stranách kanálu (horní, levá a pravá strana), což umožní výrazně lépe kontrolovat průtok proudu skrze tranzistor. (Dnes běžně používané tranzistory umožňují kontrolu proudu pouze na jednom kanálu).

Charakteristikou Tri-Gate tranzistorů je také přechod na 22 nm výrobní proces. Přínos trojrozměrných tranzistorů je ve spojitosti s procesory jasný – uspoří velké množství energie a zároveň umožní nabídnout větší výkon. Díky sníženému úniku proudu nabídnou modernizované tranzistory i při nízkém napětí vyšší výkon (až o 32% ve srovnání se současnými 2D procesory vyráběnými 32 nm výrobním procesem). Ruku v ruce s tím jde samozřejmě tedy nižší vyzařované teplo, tudíž budou tyto procesory vhodné i do zařízení, kde není možné použít tak efektivní chlazení, jako např. v klasickém notebooku.

Výhod použití inovovaných 3D tranzistorů bude hned několik. Kromě již zmiňovaného vyššího výkonu (Intel hovoří až o 37% nárůstu) a nižší spotřeby (prý až 50%) bude možné lépe vybírat čipy pro konkrétní použití (notebooky orientované na dlouhou výdrž, notebooky orientované na vysoký výkon, tablety, chytré telefony apod.), při konstrukci bude možné do procesorů přidávat více součástí s novými funkcemi a bude např. možné zvyšovat počet procesorových jader. Výhodou by mělo být také snižování výrobních nákladů.

Intel Ivy Bridge

Pod názvem Ivy Bridge jsou vyvíjeny procesory, které se k nám dostanou zhruba na přelomu roků 2011 a 2012. Jejich základem budou současné procesory rodiny Sandy Bridge, při jejich výrobě však již budou využity inovované tranzistory Tri-Gate a vyráběny budou 22 nm výrobním procesem.

Jako vždy vše odpovídá procesu "Tick-Tock," kterým se řídí inovace procesorů společnosti Intel. V první fázi (jeden rok) přijde změna výrobního procesu, tedy tzv. Tick, ve druhé fázi (další rok) pak přechod na novou architekturu, tedy tzv. tock. Přechod na 22 nm výrobní proces (Tick) tedy bude v dalším roce následován přechodem na novou architekturu (Tock).

Kromě výhod vycházejících z použití inovovaných tranzistorů (nižší spotřeba, vyšší výkon) nabídnou nové procesory také vylepšené grafické jádro s podporou Direct X11 a řadu modernizovaných technologií.

Spolu s novými procesory přijdou také inovované čipové sady Panther Point (přestože by procesory Ivy Bridge měly být kompatibilní i se současnými čipsety). Nové čipsety přinesou podporu USB 3.0 a některé z nich nabídnou i rozhraní Thunderbolt (ačkoli to nebude podporováno nativně).

Zdroj: Materiály společnosti Intel, www.bunnypeople.com