Intel overweegt 'driedimensionale' 32nm-chips

De driedimensionale transistor is wederom een stap dichter bij de realiteit. Al in 2002 verschenen de eerste berichten dat Intel bezig was met het experimenteren met driedimensionale transistoren. Zoals wellicht bekend bestaat een transistor normaal gesproken uit een source, drain en gate. Door een spanning op de gate te zetten loopt er een stroom door tussen de source en de drain. Het nieuwe type transistor bevat drie gates die zijn geplaatst in een driedimensionale structuur, een grote verandering ten opzichte van de huidige transistors die allen in een plat vlak worden gerealiseerd. Dankzij de drie gates is een hogere schakelsnelheid mogelijk en lekken er minder elektronen weg in de transistor. De drie gates zouden het energieverbruik van een transistor in de 'uit'-stand met een factor vijftig verminderen waardoor de energieconsumptie van een processor kan dalen met 35 procent. Intel denkt dat de driedimensionale transistor klaar is voor massaproductie in 2009, samen met de 32nm generatie.

Reacties (56)

[Timfonie]

Ben ik de enige die 35% minder energieverbruik aan de geringe kant vindt, als transistoren een factor 50 zuiniger worden in de uitstand?
.

[locke960]

In een ideale transistor loopt er in de "uit" stand helemaal geen stroom en in "aan" stand een klein beetje.

De ideale transistor bestaat echter niet en dus loopt er in de uitstand nog steeds een heel klein beetje stroom. Dat is de lekstroom en die wordt hierdoor een factor 50 verkleind.

De stroom in de "aan" stand is behoorlijk wat hoger dan de lekstroom en daar veranderd niets aan. Die telt dus veel zwaarder mee in het verbruik. Vandaar dat ze op "maar" 35% uitkomen.

[phsdv]

In een ideale transistor loopt er in de "uit" stand helemaal geen stroom en in "aan" stand een klein beetje.
In een ideale transistor loopt er in de uit stand inderdaad geen stroom, maar in de aan stand een 'oneindig' hoge stroom (ipv een klein beetje). Hoe meer hoe beter, maar dan wel in de korst mogelijke tijd. Je heb die hoge stroom nodig om de capaciteit in het volgende stukje schakeling (bedrading en de gates) zo snel mogelijk op te laden.

(Dit geldt voor snelle CPU's, voor draagbare apparaten wil je vaak wel de 'aan' stroom beperken...)

[switchboy]

Nee want er zijn dan op any given time transistoren die aanstaan

[newinca]

Het gaat em niet enkel over de klok. Het feit is dat er, klok of geen klok, elementen van 0 to 1 schakelen en terug om iets nuttig te doen (anders kan je evengoed een baksteen kopen.)

Als je de lekstroom van alle transistoren nul zou kunnen maken, dan wordt je verbruik gelijk aan

1/2 fCV^2

f = frequentie
V = spanning
C = capaciteit

C is de capaciteit van metaal baantjes met het substraat, van metaal baantjes met andere baantjes enz, van doperingslagen die groter of kleiner worden, van de capaceiten van de gate enz.

Er valt helemaal niets aan te doen om dit te verkleinen, tenzij de chip in zijn geheel kleiner maken. Maar als je hierbij de metaal baantje nog dichter op elkaar gaat leggen, wordt de capaciteit weer groter enz.

Kortom: zelfs bij ideale transistoren is het een verloren strijd...

[drZymo]

Probleem is dat dit nog steeds geklokte circuits zijn. En ja die klok die blijft pulsen geven, sommige delen kunnen wel uitgezet worden, maar op de meeste plekken blijft het klok signaal een aantal transistoren schakelen. Dus er is altijd activiteit waardoor de stroom consumptie niet 0 zal zijn.

Zodra er gebruik gemaakt gaat worden van ongeklokte (asynchrone) circuits kan het nog verder omlaag.

[A4-tje]

als de chip "meer" 3D wordt, wordt de kern dan niet heel erg warm
nu is het vaak al moeilijk om de cpu koel te houden maar dan nog meer omdat deze "dikker" word.

[Chatslet]

Niet 3d in ze zin van in de hoogte of diepte maar meer in de zinn van meerdere aansluitingen of gates in deze.

[Countess]

maar dan nog, dan lijkt het erop dat de transistor iniedergeval hoger word, en aangezien een CPU nu uit een laag of 6 tot 9 bestaad.

[Daos]

Elk IC heeft maar 1 laag met transistors (op Si-plak) en daarboven tot 30 lagen met draadjes.

[Verwijderd]

Een Pentium 4 Prescott heeft 7 metaallagen (i.e. draadjes). Een Athlon 64 heeft er 8 geloof ik. Veel meer is echt niet gebruikelijk.

Ik vermoed dat je 30 lagen in totaal bedoelde en niet 30 metaallagen?

[paazei]

Ze worden inderdaad wel hoger, de transistoren, maar die paar nmeter zul jij niet zien schat ik.

[Verwijderd]

idd onzichtbaar en niet superhoog, al quaida zal er niet invliegen denk ik

[Verwijderd]

Juist minder, aangezien er minder current leakage is.

Principe heet trouwens FinFET.

[Verwijderd]

2D -> 3D -> 4D transistoren

klinkt nu misschien raar, maar ga daar maar eens over nadenken!



Maar om eerst bij 3D te blijven:

Als je een computerchip ontwerpt, ben je gebonden aan bepaalde materialen. Hierdoor zijn de meeste chips (silicium), die wij mensen ontwikkelen, 2-dimensionaal. Een 3-dimensionale chip (zoals onze hersenen) is dus een compleet ander ontwerp.
Om in het 3D-vlak een chip te ontwikkelen heb je dus andere technieken nodig. Daarbij zou je graag de mogelijkheid hebben om 'backup' schakelingen in te bouwen. Dit zijn processor-paden die niet gebruikt worden, totdat er iets mis gaat. (bron: neoweb.nl)

[killingdjef]

2D -> 3D -> 4D transistoren

klinkt nu misschien raar, maar ga daar maar eens over nadenken!

En wat wordt 4D dan volgens jou? Een tijdreizende chip? of een poging to humor in je post

[jasperwillem]

Waarschijnlijk moet je meer denken aan een 4 zijdige uitgaande stroom.... op dit moment is er sprake van 3 zijden.

[Eric Oud Ammerveld]

Jaaa, maar wat als deze warmte in de kern kan worden omgezet in energie?

[diederik77]

De warmte in de kern is al energie, en warmte-energie is heel moeilijk om te zetten als de temperatuur laag is.
En bij een hoge temperatuur (>75 C?) smelt de core zelf natuurlijk.

[Verwijderd]

@Reinstein en Nicholai:

Jullie hebben het allebei fout, de chips worden normaal vastgemaakt aan de behuizing in een oven ergens tussen de 200 en 300 graden (afhankelijk van de fabriek en de fabrikant).

Vanaf 200 graden ga je dus echt risico lopen, je hoeft je daar echter niet te druk over te maken, daarvoor loopt ie al lang en breed vast.

[Verwijderd]

De cpu worden zelfs in een oven gesoldeerd en daar in is het 150c, en daarvoor gaan ze nog in een bad met een oplossing om de flux te verwijderen.(zo gaat het bij ibm)

150c graden is ook wel te heet maar 125c doet je cpu het nog gewoon.(niet tijden gebruik want hij is echt niet stabiel genoeg om te kunnen werken bij 125c)

De 6800 serie van nvidia die gaan pas throttele bij 127c.

[Niles]

De 6800 serie van nvidia die gaan pas throttele bij 127c

Bij 120 graden . Staat zo standaard ingesteld in de drivers, ben zelf in het bezit van een 6800GT.

[Verwijderd]

Vergeet niet dat de levensduur flink afneemt met een hogere temp. De atomen in de core bewegen constant en doen dat harder naarmate de temp. hoger is. Na verloop van tijd is er dus ergens een complete transistor of een spoortje of wat dan ook "weggewandeld" en doet'ie het niet meer zo goed.

[Verwijderd]

De cpu worden zelfs in een oven gesoldeerd en daar in is het 150c.

Maar dan staat'ie niet aan

Bij zo'n temperatuur loopt de stroom zo hard op dat'ie zichzelf wel verder verwarmt en in de fik gaat (als'ie niet uit zo gaan boven de 110-120 graden.)

[Verwijderd]

@burne:
Waardoor gaan chemische processen sneller?: Natuurlijk doordat de atomen meer bewegen, waardoor de kans dat een atoom een ander atoom tegenkomt om mee te reageren groter wordt. Het heeft wel degelijk te maken met beweging van atomen!

[Verwijderd]

De temperatuur heeft wel degelijk iets te maken met beweging van atomen. dit soort dingen zijn alleen mogelijk op maximaal ~ 5K, bij 293K (kamertemperatuur) gaat het al fors harder en bij 348 K (75 graden Celsius) nog ietsje harder.

Als je een spoor of transistor zou hebben van 1 atoom dik (ca. 0,25 tot 0,5 nm) dan is dat gewoon METEEN nadat je het hebt gemaakt kapot.

En met structuren van 32nm is het ook een kwestie van tijd, zeker bij hoge temperaturen.

edit: link gefixt.

[newinca]

De enige belangrijke maximum temperatuur is Tj = 125C. Alle standaard cell libraries worden aan deze temperatuur gekarakteriseerd.

Dat wil dus zeggen dat het geen enkel probleem is om een chip een chip op deze temperatuur te laten werken. Meer zelfs: tijdens stress en reliability testing wordt er expliciet voor gezorgd dat deze termperatuur gereikt worden en dat de chip nog steeds de vooropgestelde maximale kloksnelheid haalt enz.

Let wel: Tj is de junctie temperatuur van de transistor. Het hangt volledig af van de koeling, behuizing en zo voort wat de externe temperatuur is, maar het silicium trekt zich daar dus helemaal niets van aan.

[Reinstein]

Bij 75C smelt je Core nog niet, het begint fout te gaan als de core binnenin over de 150C gaat. Maar het is beter omd aat ver onder te blijven natuurlijk.

[Verwijderd]

op 150C smelt toch alleen het plastic? de rest blijft toch werken?

[burne]

Rul0r: dat heeft niets te maken met bewegingen van atomen. Chemische processen gaan sneller bij hogere temperaturen, en op een gegeven moment is de veroudering zoveel versneld dat de levensduur in het gedrang komt.

Er wandelt niets weg. Er is een foutprocess (elektromigratie) wat afhangt van veldsterkte en bindingsenergie, maar de materialen die daar gevoelig voor zijn (lood en tin vooral) worden niet meer gebruikt voor chips.

[Verwijderd]

@sse2
jammergenoeg gaat je theorie van "bewegende atomen" alleen op in gassen en vloeistoffen, in vaste stoffen zoals metalen etc bewegen er geen atomen, de enige dingen die bewegen zijn vrije elektronen, en dat gaat sneller bij hoge temperaturen

[wopie]

Mja, lijkt me minder interessant als het energieverbruik met 35% afneemt. Lijkt me dat je dan ook minder hitte genereerd.

[Flowmo]

Zeg jij bent slim! Hoeven we niet allemaal naar de Zalmannetjes en waterkoeling te grijpen bij het introduceren van de 5-6ghz quad cores ofzo tegen die tijd (hoop ik dan...)

[_Silencer]

http://en.wikipedia.org/wiki/Finfet

Lijkt erop dat het Intel ontwerp anders is, FinFET is twee en bij Intel zijn er 3 warped gates...

[Ursamajor]

Klinkt meer als een FET, een Field Effect Transistor. Een normale transistor heeft een collector, emitter en een basis aansluiting.

Ontopic:
Wel geweldig dat ze zoiets realiteit maken. Zo kan dit straks ook in allerlei andere draagbare apparatuur worden gebruikt met alle voordelen van dien!

[Verwijderd]

Al járen gebruikt men FETs op geïntegreerde chips. Met 'transistor' bedoelt men dus in de meeste gevallen 'field effect transistor'.

[phsdv]

Een transistor met een basis, collector en emitter wordt over het algemeen een bipolaire-transistor gemoemd.

Een FET-transistor bestaan er ook verschillende: JFET (junction FET) en de MOSFET. En dan heb je ook nog N en P, enhanced en depleted versies van. En dat geld voor beide types, alhoewel alle theoretische combinaties in de praktijk niet even bruikbaar zijn.

Allemaal zijn het tansistors. Dus ook deze, in het artikel genoemde, is een transitor. Al is het inderdaad een field-effect variant.

[RetepV]

Drie Gates is NOG beter dan één Gates.

[Thedr]

Drie Gates... wat zal die processor een hoge introprijs krijgen

[Dutch_Razor]

Core 2 3D

[N-Freak]

Klinkt als een leuk spelletje!

[RetepV]

Volgens mij is het grootste probleem dat je ook weer ruimte kwijt raakt omdat je de warmte van de transistoren wel moet wegvoeren. Je kunt ze niet zo dicht bij elkaar zetten. En misschien wel putjes met aluminium ertussen om de warmte weg te voeren.

Zelfs als de transistor in de uit stand helemaal niks zou consumeren, consumeert hij gewoon nog stroom in de aan stand. Zeg dat een transistor gemiddeld even vaak aan staat als uit staat, dan scheelt het maximaal 50% van de stroom. Dan wordt er dus nog steeds een hoop warmte opgewekt. Alleen nu ergens binnenin de chip in plaats van aan de buitenkant.

[newinca]

Mijn God, wat een onzin... (en nogal onbegrijpelijk dat dit 'informatief' wordt gekwoteerd.)

- De aluminium baantjes liggen nu al zo dicht op elkaar dat er gewoon geen extra 'aluminium putjes' extra tussen kunen. Kortom, de functionele baantjes doen nu al min of meer optimaal dienst als warmte geleider.

- In CMOS logica staat een transistor enkel 'aan' tijdens het schakelgebied van 0 naar 1 en van 1 naar 0. Voor de rest staat hij uit, tenzij er dus lekstromen zijn (wat met deze technologie verlaagd wordt.) Er is enkel verbruik als er beweging is van de output and the inputs.

- De warmte die wordt opgewekt ontstaat doordat tijdens het schakelen de weerstand niet oneindig klein is. Die weerstand is aanwezig zowat overal rondom de gate van de transistor. Of je nu een 3D transistor hebt of een huidige 2D transistor maakt wat dat betreft helemaal niets uit: de source en drain van de 2D transistor gaan ook in het substraat. Het is trouwens een raadsel wat je bedoelt met 'binnenin de chip' ipv 'aan de buitenkant' ???

- De transistor zelf is opgebouwd uit gedopeerd silicion. De gate is eveneens opgebuikt uit silicium. Doperingsniveaus zijn extreem laag en zeker niet van die aard dat ze de warmtegeleidingscoefficient veranderen. Kortom, wat warmtetransport betreft ziet het er allemaal uit als 1 blob silicium. Of de transistor 3D or 2D is maakt dus helemaal niet uit.

Whatever...

[Verwijderd]

Leer lezen. Er staat dat "de energieconsumtie van een processor kan dalen met 35 procent". Dat is naar alle waarschijnlijkheid vergeleken met 32 nm FETs met maar één gate. Dus zowiezo een goede ontwikkeling.

Het beste van al is dat de schakelsnelheid vergroot. Momenteel zorgt één gate dat er een geleidend kanaal ontstaat, en om dat kanaal groot genoeg te maken is er tijd nodig. Met drie gates ontstaat veel sneller een goed geleidend kanaal.

Dan kan je kiezen om de spanning te verlagen en zo extra vermogen te sparen, of om juist de kloksnelheid op te voeren. Of beide, in verschillende gebieden op de chip. Keuze over dus en deze ontwikkeling is niks dan goeds.

[newinca]

@c0d1f1ed:
ik had het over het commentaar van RetepV. Niet over het artikel zelf, slimmerik.

[bbob]

Lijkt een beetje op de nieuwe harde schijven, perpendicular die ook meer gegevens op een oppervlak persen.

[Verwijderd]

hmm 3 Gates ipv 1..... zeker alleen ondersteuning voor MS Windows

[HyperioN]

Edit: laat maar, ik stom.