ADELANTO EN LA TECNOLOGÍA DE TRANSISTORES DE INTEL REPRESENTA EL CAMBIO MÁS GRANDE A LOS CHIPS DE COMPUTADORA EN 40 AÑOS

6 de febrero del 2007 | por Andrea Ramírez Riestra

· Intel produce los primeros prototipos de procesadores con nuevos transistores diminutos de 45 nanómetros, acelerando la era de la computación multicore

En uno de los adelantos más importantes en el diseño fundamental de transistores, Intel Corporation reveló hoy que utiliza dos materiales dramáticamente nuevos para construir las paredes aislantes y las compuertas de switcheo de sus transistores de 45 nanómetros (nm). Cientos de millones de estos transistores (o switches) microscópicos estarán contenidos en las familias de procesadores multi-core Intel® Core™ 2 Duo, Intel® Core™ 2 Quad e Intel® Xeon® de siguiente generación. La compañía dijo también que tiene cinco productos en su versión inicial en operación (los primeros de 15 procesadores de 45 nm planeados por Intel).

La proeza del transistor permite a la compañía continuar produciendo velocidades récord de procesadores para PC’s, laptops y servidores, al tiempo de reducir la cantidad de fuga de electricidad de los transistores que puede entorpecer el diseño, tamaño, consumo de energía, ruido y costos de los chips y las PC’s. También asegura que la Ley de Moore, axioma de la industria de la alta tecnología que señala que el número de transistores se duplica más o menos cada dos años, se siga cumpliendo fielmente en la próxima década.

Intel cree que ha extendido su liderazgo de más de un año sobre el resto de la industria de los semiconductores con los primeros procesadores de 45 nm funcionales de su familia de productos de 45 nm de siguiente generación (con nombre código “Penryn)”. Las versiones iniciales, que estarán destinadas a cinco segmentos diferentes del mercado de las computadoras, funcionan con los sistemas operativos Windows* Vista*, Mac OS X*, Windows* XP y Linux, además de diversas aplicaciones. La compañía se mantiene dentro de su plan de iniciar la producción de transistores de 45 nm en la segunda mitad de este año.

Transistores de Intel son sometidos a una transformación “high-k y metal gate” en 45 nm

Intel es el primero en implementar una combinación innovadora de nuevos materiales que reduce drásticamente las fugas en los transistores e incrementa el desempeño de su tecnología de proceso de 45 nm. La compañía utilizará un nuevo material con una propiedad llamada high-k, para el componente dieléctrico de la compuerta del transistor, y una nueva combinación de materiales metálicos para el electrodo de la compuerta del transistor.

“La implementación de materiales high-k y metal gate marca el cambio más grande en la tecnología de los transistores desde la aparición de los transistores MOS con compuerta de poli-silicio a finales de la década de 1960”, dijo Gordon Moore, cofundador de Intel.

Los transistores son switches diminutos que procesan los unos y ceros del mundo digital. La compuerta enciende y apaga el transistor y el componente dieléctrico de la compuerta es un aislante situado por debajo de éste que lo separa del canal donde circula corriente. La combinación de las compuertas metálicas y el componente dieléctrico de compuerta high-k da como resultado transistores con fuga de corriente muy baja y un récord de alto desempeño.

“Conforme se aloja un mayor número de transistores en una pieza de silicio, la industria continúa investigando soluciones para la fuga de corriente” , dijo Mark Bohr, Senior Fellow de Intel. “Mientras tanto nuestros ingenieros y diseñadores han alcanzado un logro memorable que asegura el liderazgo de los productos e innovación de Intel. Nuestra implementación de nuevos transistores high-k y de compuerta metálica para la tecnología de proceso de 45 nm ayudará a Intel a lanzar al mercado productos multi-core aún más veloces y con consumo más eficiente de energía que se sustenten en nuestra exitosa familia de procesadores Intel Core 2 e Intel Xeon, y que lleven la Ley de Moore a la próxima década” .

Para fines de comparación, cerca de 400 transistores de 45 nm de Intel podrían alojarse en la superficie de un glóbulo rojo humano. Hace tan sólo una década, la tecnología de proceso de vanguardia era de 250 nm, lo que significa que las dimensiones de los transistores eran aproximadamente 5.5 veces mayores que el tamaño y 30 veces mayores que el área de la tecnología que hoy anuncia Intel.

Como el número de transistores alojados en un chip más o menos se duplica cada dos años de acuerdo con la Ley de Moore, Intel puede crear innovación e integración, agregando más características y núcleos de procesamiento, incrementando el desempeño y disminuyendo los costos de manufactura y el costo por transistor. Para sostener este ritmo de innovación, los transistores deben continuar reduciéndose a tamaños cada vez más pequeños. Sin embargo, utilizando materiales actuales, la posibilidad de reducir el tamaño de los transistores llega a límites fundamentales por los aspectos de mayor consumo de energía y generación de calor que surgen a medida que los tamaños alcanzan niveles atómicos. Como resultado, la implementación de nuevos materiales es imperativa para el futuro de la Ley de Moore y la economía de la Era de la Información.

Receta de high-k y metal gate de Intel para la tecnología de proceso de 45 nm

Se ha utilizado dióxido de silicio para producir el componente dieléctrico de la compuerta del transistor por más de 40 años por su facilidad para la manufactura y su capacidad de entregar mejoras continuas en el desempeño de los transistores conforme se ha hecho cada vez más delgado. Intel ha a reducido exitosamente el componente dieléctrico de la compuerta de dióxido de silicio a un espesor de 1.2 nm (igual a cinco capas atómicas) en nuestra tecnología de proceso anterior de 65 nm, pero la reducción continua de tamaño ha provocado fugas de corriente cada vez mayores a través del componente dieléctrico de la compuerta, lo que ocasiona el desperdicio de corriente eléctrica y produce calor innecesario.

Las fugas en la compuerta del transistor asociadas con el componente dieléctrico de la compuerta de dióxido de silicio cada vez más delgado son reconocidas por la industria como uno de los retos técnicos más formidables que enfrenta la Ley de Moore. Para resolver este problema crítico, Intel reemplazó el dióxido de silicio con un material high-k con base de hafnio más espeso en el componente dieléctrico de la compuerta, reduciendo con ello las fugas más de 10 veces comparado con el dióxido de silicio que se ha utilizado por más de cuatro décadas.

Como el componente dieléctrico de la compuerta high-k no es compatible con el electrodo de la compuerta de silicio actual, la segunda parte de la receta de materiales para transistores de 45 nm de Intel es el desarrollo de nuevos materiales para compuertas metálicas. Aunque los metales específicos que utiliza Intel siguen siendo un secreto, la compañía utilizará una combinación de diferentes materiales metálicos para los electrodos de las compuertas de los transistores.

La combinación del componente dieléctrico de la compuerta high-k con la compuerta de metal de la tecnología de proceso de 45 nm de Intel ofrece un incremento de más de 20% en flujo de corriente o un mayor desempeño de los transistores. A la inversa, reduce la fuga de drenaje en la fuente más de 5 veces, mejorando con ello la eficiencia de consumo de energía del transistor.

La tecnología de proceso de 45 nm de Intel mejora también la densidad de transistores aproximadamente 2 veces con respecto a la generación anterior, permitiendo a la compañía incrementar el número total de transistores o hacer más pequeños los procesadores. Como los transistores de 45 nm son más pequeños que la generación anterior, requieren menos energía para el encendido y apagado, reduciendo con ello la energía de switcheo activo en cerca de 30%. Intel utilizará alambres de cobre con un componente dieléctrico low-k para sus interconexiones de 45 nm para incrementar el desempeño y reducir el consumo de energía. También utilizará reglas de diseño innovadoras y avanzadas técnicas de enmascarado para extender el uso de la litografía en seco de 193 nm para la manufactura de sus procesadores de 45 nm por las ventajas de costo y alta capacidad de manufactura que ésta hace posible.

La familia de procesadores “Penryn” ofrecerá un desempeño con consumo de energía más eficiente

La familia de procesadores con nombre código “Penryn” es un derivado de la micro-arquitectura Intel Core y marca el paso siguiente en la rápida cadencia de Intel de ofrecer una nueva tecnología de proceso y una nueva micro-arquitectura cada tercer año. La combinación de la tecnología de proceso de 45 nm, capacidades de manufactura de alto volumen y diseño líder en micro-arquitectura han permitido ya a la compañía desarrollar sus primeros procesadores “Penryn” de 45 nm funcionales.

La compañía tiene más de 15 productos basados en la tecnología de proceso de 45 nm en desarrollo en los segmentos de las PC’s de escritorio, portátiles, estaciones de trabajo y empresariales. Con más de 400 millones de transistores en procesadores dual-core y más de 800 millones en procesadores Quad-Core (cuatro núcleos), la familia de procesadores “Penryn” de 45 nm incluye nuevas características de micro-arquitectura para incrementar el desempeño y las capacidades de manejo de la energía, además de velocidades de núcleo más elevadas y hasta 12 megabytes de caché. Los diseños de la familia “Penryn” integran también cerca de 50 nuevas instrucciones Intel SSE4 que extienden las capacidades y el desempeño de aplicaciones de medios y de cómputo de alto desempeño.