Новый высокоскоростной транзистор компании AMD
а
очередной международной конференции по электронным устройствам IEDM 2003 (International
Electron Devices Meeting), ежегодно проводимой институтом IEEE в Вашингтоне,
корпорация AMD сообщила дополнительную информацию о своей новейшей технологии
транзисторов следующего поколения, а также представила новые данные об успешном
использовании этой технологии в микропроцессорах, выпускаемых корпорацией в
настоящее время.
Как известно, фирменной технологией компании AMD, применяемой ею при производстве транзисторов, является технология SOI (Silicon On Insulator) — кремний на изоляторе. Именно эта технология используется компанией AMD при производстве современных микропроцессоров, и, как прогнозируется, она станет основой для производства процессоров следующих поколений.
«В новом поколении транзисторов SOI реализован целый ряд наиболее значимых новаций AMD, интегрированных в единую структуру. Это весьма важное достижение стало результатом широкомасштабных исследований и позволяет надеяться, что AMD и впредь сможет удовлетворять потребности своих клиентов, интересующихся в первую очередь высокой производительностью и низким энергопотреблением», — говорит Крейг Сандер (Craig Sander), вице-президент AMD по вопросам разработки технологических процессов.
Ожидается, что новый транзистор AMD станет высоконадежным решением для многих ключевых задач, с которыми полупроводниковая отрасль может столкнуться в ходе разработки 45-нм технологий.
«Каждое уменьшение размеров транзисторов, достигаемое в очередном поколении технологического процесса, оборачивается новыми проблемами. Одной из таких проблем является необходимость сокращения утечки тока при выключенном транзисторе, однако не менее важную роль играет увеличение силы тока во включенном состоянии, — считает Минь-Рен Лин (Ming-Ren Lin), научный сотрудник AMD. — В других компаниях исследователи, как правило, рассматривают эти проблемы независимо одну от другой, тогда как в AMD практикуется комплексный подход».
Согласно Международному технологическому плану выпуска полупроводников (International Technology Roadmap for Semiconductors), для выхода на прогнозируемый уровень производительности в 45-нм технологии необходимо снизить размер транзисторного затвора (основного компонента транзистора, включающего и выключающего проходящий через него электрический ток) до 20 нм. Сегодня минимальная длина затвора в самых быстродействующих микропроцессорах AMD составляет примерно 50 нм.
«Неуклонное уменьшение размеров транзисторных затворов является решающим фактором стабильного увеличения производительности транзисторов, и мы не наблюдаем никаких признаков ослабления этой тенденции, — добавляет Лин. — Для поддержания прежних темпов внедрения новых технологий необходимо, чтобы ведущие производители принимали на вооружение инновационные транзисторные структуры, следуя примеру AMD».
Исследования AMD в области нового поколения SOI опираются на достигнутые компанией успехи в применении SOI в условиях крупномасштабного производства на заводе AMD Fab 30. Специалисты AMD на конференции IEDM рассказали и об этих успехах, предоставив исчерпывающую информацию о том, как технологии SOI, используемые в процессорах AMD64, позволяют увеличивать производительность продукта и одновременно снижать требования к уровню энергопотребления.
«SOI — главное, что позволило достичь в процессоре AMD Opteron высочайших уровней 32-разрядной и 64-разрядной производительности при минимальном энергопотреблении, — отмечает Сандер. — Пониженный расход питания означает уменьшение тепловыделения. Снижение тепловыделения может стать решающим фактором сокращения совокупной стоимости владения и повышения надежности системы».
AMD также впервые сообщила о своих достижениях в области использования так называемых диэлектриков low-K, улучшающих быстродействие электрических схем. Эти материалы изолируют медные межсоединения, по которым в микросхеме передаются электрические сигналы, и тем самым позволяют снизить уровень энергии, необходимой для распространения этих сигналов.
Другая перспективная технология, рассматриваемая компанией AMD при производстве транзисторов в процессорах следующих поколений, — это так называемая многозатворная структура транзистора. Однако назвать эту технологию новой или фирменной технологией компании AMD никак нельзя. Об этой архитектуре мы уже не раз писали на страницах нашего журнала — правда, исключительно при обсуждении терагерцевых транзисторов, разрабатываемых корпорацией Intel.
Многозатворная архитектура транзисторов, разработанная в AMD, состоит из трех затворов (в современных транзисторах используется только один затвор) и включает ряд новшеств, которые позволят в дальнейшем постепенно уменьшить размер затвора до 20 нм и ниже, обеспечивая за счет этого повышение быстродействия и сокращение утечки тока.
Трехзатворная конфигурация транзистора компании AMD
При создании многозатворной структуры исследователи AMD использовали следующие технологии:
• полностью обедненный кремний на диэлектрике (FDSOI) — это технология SOI нового поколения, отличающаяся от современных решений повышенной производительностью и экономным энергопотреблением;
• металлические затворы, которые изготавливаются из силицида кремния, а не из полисиликона, как прежде, что позволяет повысить силу тока и уменьшить нежелательные утечки;
• локально деформированный канал, или так называемый канал на основе напряженного кремния. Увеличение межатомных промежутков в токопроводящем канале транзистора способствует большей подвижности электронов. (Отметим, что технология напряженного кремния уже давно используется компанией Intel в терагерцевых транзисторах.)
В результате этих исследований в AMD были сконструированы транзисторы, демонстрирующие рекордную производительность на фоне резкого сокращения утечки тока.
Интересно отметить, что в транзисторных затворах AMD не используются так называемые high-K-диэлектрики, которые рассматриваются многими исследовательскими лабораториями мира (в том числе и корпорацией Intel) как основа для транзисторов будущего поколения, без которой невозможно будет достичь требуемого уровня толщины слоя изолятора вследствие квантовых эффектов, приводящих к возникновению токов утечки.
По данным компании AMD, применение high-K-диэлектриков оказывает негативное воздействие на некоторые аспекты производительности транзистора (о каких именно аспектах идет речь, естественно, не сообщается).
«Мы применяем структурированный подход, используя привычные материалы при помощи новых методов, и рассчитываем таким образом построить решение с затвором в 20 нанометров. Это достижение послужит основой технологического прогресса в отрасли на протяжении ближайших лет», — заявляет Лин.
