Az Intel megkezdte az új, 45 nanométeres gyártástechnológiára történő átállást. Az új, alacsonyabb csíkszélességű technológia bevezetésével 5 új Intel Core 2 Duo, Intel Core 2 Quad és Xeon lát napvilágot a Penryn kódnevű maggal készülő, 15 változatot felölelő termékvonalból.

A Penryn a gyakorlatban nem más, mint az eddigi, 65 nanométeres technológiával készült Merom, Conroe, Woodcrest magok csökkentett méretű, viszonylag kis mértékben módosított változata - tehát a 45 nanométeres négymagos processzor is két külön szilíciumlapka "közös fedél alatt", azaz a monolitikus négymagos processzor majd egy következő generációval érkezik. Az Intel a megnövelt órajelen kívül, 50 új SSE4 utasítást és megnövelt, akár 12 megabájtos gyorsítótárat ígér az újdonságokban. A kétmagos változatok több mint 400 millió, míg a négymagosak több mint 800 millió tranzisztort tartalmaznak majd. Természetesen a kisebb csíkszélességű technológia a már jól ismert előnyöket hozza magával: az újdonságok kevésbé melegszenek mint elődeik, kevesebbet is fogyasztanak, bár a megemelt órajel miatt a hőjellemzők és a fogyasztás hasonló lesz a jelenlegi, 65 nanométeres csíkszélességű változatokéhoz.

Csökkenő szivárgás, új anyagok

Az Intel elsőként alkalmazza gyártástechnológiájában új alkotóelemek újszerű kombinációját, melyek drasztikusan csökkentik a tranzisztorok szivárgását, a teljesítményt pedig növelik. Az egyre vékonyodó szilícium-dioxid kapuk, és az ebből származó szivárgás az iparág egyik legnagyobb problémája. A megoldáshoz az Intel szilícium-dioxod kapu dielektrikumot vastagabb, hafnium-alapú, magas K-együtthatójú anyagra cserélte, ami a szivárgást a több mint négy évtizede használt szilícium-dioxidhoz képest kevesebb mint tizedére csökkentette. "Ahogy egyre több tranzisztor zsúfolható ugyanakkora darab szilíciumra, az iparág kutatásainak célja az áramszivárgás csökkentése" - mondta Mark Bohr, az Intel vezető kutatója. A tranzisztorok kapuit 40 éven át szilícium-dioxidból készítették gyártásban való alkalmazhatósága miatt, és ahogy egyre vékonyabbá vált, úgy tette lehetővé a tranzisztorok teljesítményének növelését. Az előző, 65 nanométeres gyártástechnológia keretében az Intel 1,2 nanométerre csökkentette a szilíciumdioxidból készült kapu dielektrikum vastagságát, ami mindössze öt atom vastagságát jelenti. A vastagság csökkentése azonban a szivárgási áram növekedéséhez vezetett, amely elpocsékolt áramot és felesleges hőfejlődést jelent. A jelenlegi alapanyagok használatával a méretcsökkenés - mely a gyártás költségeit is csökkenti - lassan eléri korlátait, hiszen az atomi méretekhez közeledvén újabb és újabb energia és hőháztartással kapcsolatos problémák merülnek fel, így elengedhetetlen az új anyagok használata.


A kétmagos Penryn

A vállalat egy újfajta, magas k-együtthatójú (high-k) anyagot használ a tranzisztorkapu szigeteléseként, illetve egy új fémötvözetet kapuelektródaként. "A poliszilícium-kapus MOS tranzisztorok bevezetése óta a magas k-együtthatójú anyagok és a fémek megjelenése jelenti a legnagyobb áttörést a technológiában" - mondta Gordon Moore, az Intel társalapítója. A tranzisztorok apró kapcsolók, melyek a digitális világ egyeseit és nulláit dolgozzák fel. A kapu kapcsolja ki és be a tranzisztort, a kapuelektróda pedig az alatta található szigetelőréteg, amely elválasztja a csatornától, ahol az áram folyik. A fém kapu és a magas k-együtthatójú dielektrikum kombinációja nagyon alacsony szivárgású és rekordteljesítményű tranzisztorokat eredményez. Tekintve, hogy a magas k-együtthatójú kapu dielektrikum nem kompatibilis a szilícium kapuelektródával, az Intel 45 nm-es tranzisztor alapanyagának receptje az új fémkapu kifejlesztésével folytatódik. Bár a pontos összetétel a az Intel titka marad, a tranzisztor kapuk alapanyagát több fém együttesen adja. Az Intel magas k-együtthatójú dielektrikum és a fémkapu együttes használatán alapuló 45nm-es gyártástechnológiája az átfolyó áramerősség 20 százalékos növekedését, vagyis magasabb teljesítményű tranzisztor előállítását teszi lehetővé, miközben az áram szivárgását kevesebb, mint az ötödére csökkenti, ami egy kedvezőbb energia-háztartású tranzisztort eredményez.

Új lépték szerint

Az Intel 45 nanométeres technológiája a tranzisztorok sűrűségét az előző generációéhoz képest a kétszeresére növeli, ami egyrészt a tranzisztorok számának növelését, másrészt kisebb processzorok gyártását segíti elő. Tekintve, hogy a 45 nanométeres tranzisztorok kisebbek előző generációs társaiknál, ki- és bekapcsolásuk kevesebb energiát igényel, kapcsolási áramuk/energiafelvételük körülbelül 30 százalékkal kevesebb. Az Intel rézvezetékeket és alacsony K-együtthatójú dielektrikumot fog használni a 45 nm-es lapkák átkötéseinél a fokozott teljesítmény és alacsonyabb energiafogyasztás érdekében, valamint újszerű tervezési irányelveket és fejlett maszk-technikákat fog alkalmazni, hogy a 193 nm-es száraz litográfiai eljárás továbbra is használható maradjon, nagy volumenű gyárthatóságot és további költségcsökkentést eredményezve.

Összehasonlításképpen, hogy az új technológia milyen méretléptéket jelent: egy emberi vörösvérsejt felületén 400 darab, 45 nanométeres csíkszélességgel készült tranzisztor férne el. Éppen csak egy évtizeddel ezelőtt, a processzorgyártás technológiájának a csúcsa a 250 nanométeres csíkszélesség volt. Ehhez képest az Intel ma bejelentett technológiája vastagságban körülbelül 5,5-szörös, alapterületét tekintve 30-szoros csökkenést jelent.


Az Intel oregoni Fab D1D gyáregysége - itt kezdődik a 45 nm-es termékek tömeggyártása