Intel werkt aan zuinige, koele processors op basis van nieuw materiaal

Intel heeft vooruitgang geboekt met de ontwikkeling van een nieuw halfgeleidermateriaal voor gebruik in processors. Transistors zouden daardoor met de helft van de spanning van traditionele transistors toe kunnen.

De transistors die Intel ontwierp met het nieuwe materiaal zijn zogenoemde p-type transistors: het geleidingskanaal is positief gedoteerd en werd gemaakt van III-V-materiaal. Deze halfgeleiders, genoemd naar hun plaats in het periodiek systeem der elementen, lijken op silicium, dat in het periodiek systeem in kolom IV te vinden is, en bestaan uit onder meer materialen als galliumarsenide en indiumnitride. De p-type transistors moeten in combinatie met n-type transistors, ofwel transistors met een negatief gedoteerd geleidingskanaal, kunnen leiden tot cmos-circuits.

Intel ontwikkelde al eerder n-type transistors die uit III-V-halfgeleidermateriaal werden vervaardigd. Samen zouden de transistors in een cmos-circuit voldoende moeten hebben aan de helft van de spanning die de huidige generatie cmos-transistors vergen. Niet alleen zouden de spanningen gehalveerd kunnen worden, ook het stroomverbruik moet drastisch omlaag kunnen, tot ongeveer tien procent van het huidige verbruik, zo laat Intel weten. Als gevolg van de verlaagde spanning en verminderd gebruik van de transistors, zouden toekomstige processors een stuk koeler hun werk kunnen doen.

Reacties (35)

[Sten Vollebregt]

Erg opzienbarend vind ik dit nieuws niet. GalliumArsenide (GaAs) en IndiumNitrude (InN) worden al lange tijd toegepast voor bijvoorbeeld vermogenselektronica voor GSM basisstations en andere high-end radio en high speed elektronica applicaties. Daarnaast zijn het populaire materialen voor zonnecellen met een hoog rendement.

Deze zogenaamde samengestelde halfgeleiders (compound semiconductors) hebben wat voordelen boven silicium. Zo is de mobiliteit van elektronen en gaten vaak vele malen hoger en is er minder lekstroom.

Waarom gebruiken we dan silicium zal je je afvragen. Ten eerste is er veel meer silicium dan gallium e.d. op de aarde te vinden. Daarnaast is silicium een enkelvoudige halfgeleider (bestaat dus uit maar één element) wat het makkelijker te maken is. Het grootste voordeel is echter dat je op silicum makkelijk een oxide (SiO2) kunt groeien, welk erg goede dielektrische en isolerende eigenschappen heeft. Ideaal dus om je interconnects en transistoren te scheiden. Samengestelde halfgeleiders hebben dit niet, wat productie een stuk moeilijker maakt.

Het zal dus naar mijn mening nog wel even duren voordat deze technieken in CPU land doorbreken, aangezien ze flink duurder zijn en de techniek nog veel minder ver is ontwikkeld.

[elleP]

Het is zeker waar dat discrete halfgeleiders al tijden uit GaAs en InN gemaakt worden, maar volgens mij zijn dat altijd bipolaire devices.
Dit gaat om een veldeffecttransistor, een heel ander type device.

[Sten Vollebregt]

Klopt, meestal betreft het bipolaire transistoren (aangezien deze voor analoge toepassingen meestal aantrekkelijker zijn dan JFET of MOSFET transistoren. Echter FETs gemaakt van samengestelde transistoren bestaan al wat langer. Even googlen op 'compound MOSFET' of 'GaAs FET' levert al aardig wat hits op. Ze bestaan echter pas sinds een paar jaar.

Ook is het nieuws nauwelijks opzienbarend, aangezien ik zo snel al een paper kan vinden uit 2006 (ieeexplore.ieee.org/iel5/4154162/4139311/04154343.pdf?tp=&isnumber=&arnumber=4154343) en 2007 (http://www.mantech.org/Digests/2007/2007%20Papers/04c.pdf) waarin dit al wordt genoemd (voor de oplettende lezer: idd een samenwerking tussen Intel en een universiteit in de VS). Het enige is dat Intel nu op hun normale nieuwssite zegt aan deze techniek te werken (wat ze dus al 2 jaar doen).

@Grrmbl: volgens mij valt het qua milieu belasting ten opzichte van de nu al zwaar chemische halfgeleider industrie wel mee.

[Verwijderd]

Zijn die GaAs en InN ook niet zwaar milieubelastend? Dat is -naast kostenplaatje- nog een reden om het bij silicium te houden.

[hollandismad]

Zelfs al zou dat zo zijn, denk je dan niet dat een 10 keer zo groot energieverbruik een zwaardere belasting voor het milieu is? Vooral gezien de vervangingstijd van gemiddeld 4-6 jaar.

[dmantione]

Het artikel praat over CMOS-transistoren, maar die bestaan niet. Er bestaan wel PMOS- en NMOS-transistoren, en daarmee kan je logische poorten (en/of/xor) bouwen. Het bouwen van logische schakelingen op een bepaalde manier uit NMOS- én PMOS-transistoren heet CMOS-logica. Het zijn dus schakelingen en geen transistoren.

[MicGlou]

Dat is goed nieuws Want als dat voor cpu's geldt, dan kan dat dus ook voor gpu's gelden. Minder grote koelblokken en fans in de pc Dergelijke ontwikkelingen juich ik altijd toe want tegenwoordig heeft zelfs een midrange videokaart al een flinke koeler op zijn dak... heb altijd al geroepen dat het minder zou mogen van mij. Jaja, ik begrijp als je power wilt dan krijg je grote koelblokken etc... maar dat praat voor mij nog steeds niet goed dat koelelementen, actief en passief, steeds extreme vormen beginnen aan te nemen. Ik lever graag een jaar ontwikkeling in snelheid etc in voor het flink terugbrengen van de formfactor door bijvoorbeeld gebruik van alternatieve materialen, die bijvoorbeeld makkelijker koelen, of minder snel warm worden.

[Reactie gewijzigd door MicGlou op 24 juli 2024 20:54]

[TheCapK]

Niet alleen voor GPU's buiten CPU's.
CMOS circuits worden op meer plaatsen toegepast zoals o.a. beeldsensoren van Digitale camera's.
Op al die gebieden kan dan besparing worden geboekt en dus verlenging van de duur van een accu. Al je dat combineert met de betere accu-technieken waar aan wordt gewerkt kan dit betekenen dat je voor een willekeurig apparaat waar gebruik wordt gemaakt van deze technieken gewoon veel minder vaak hoeft op te laden waardoor automatisch het gebruiksgemak verbeterd!

[DaOverclocker]

minder warmte in de CMOS betekend direct minder ruis, dus dat geeft hoop!

[StGermain]

Minder verbruik en minder warmte is ook goed nieuw voor laptoppen dus laat maar komen!

[Exirion]

Zoals zovaak: eerst zien en dan geloven. Er worden wel vaker van dit soort claims bij nieuwe ontwikkelingen gedaan en als het eenmaal zover is dat iets in de praktijk toegepast wordt, blijkt de winst beperkter dan voorgespiegeld was. Als Intel daadwerkelijk een nieuw materiaal voor halfgeleiders heeft ontwikkeld dat CPU's 90% zuiniger maakt dan zullen ze er wel een paar leuke patenten op hebben

[robvanwijk]

als het eenmaal zover is dat iets in de praktijk toegepast wordt, blijkt de winst beperkter dan voorgespiegeld was

Zelfs als is het beperkter dan 90% zuiniger, dan nog ben ik heel erg geïnteresseerd!

Wat ik wel vreemd vind is dat ze 90% besparing verwachten bij een 50% lagere spanning. Ik dacht dat het vermogen via een kwadratische relatie afhankelijk is van het voltage (als alle andere dingen gelijk blijven). Dus dan zou je met 50% van de spanning nog steeds 25% van het vermogen trekken. Nog steeds een enorme verbetering, maar een flink verschil met de 10% van het vermogen waar ze het hier over hebben.

[High-Voltage2]

Wat ik wel vreemd vind is dat ze 90% besparing verwachten bij een 50% lagere spanning. Ik dacht dat het vermogen via een kwadratische relatie afhankelijk is van het voltage (als alle andere dingen gelijk blijven). Dus dan zou je met 50% van de spanning nog steeds 25% van het vermogen trekken. Nog steeds een enorme verbetering, maar een flink verschil met de 10% van het vermogen waar ze het hier over hebben.

Dat geldt enkel maar bij constante weerstandswaarde!! P = U²/R
Als je nu de weerstand van de transistoren laat toenemen dan zal het vermogen nog verder afnemen.
Helaas kan je het zo simpel allemaal niet stellen. Want als je de weerstand groter maakt, dan moet de capaciteit weer kleiner, anders gaat de snelheid serieus omlaag.

[wimwest]

Nee de weerstand van de transistor doet er niet toe, althans voor het vermogensverbruik, de weerstand bepaald alleen de schakelsnelheid (dus hoe lager de kanaal weerstand hoe sneller). Voor het vermogen geldt puur P = C x F x V² (met F = schakelfrequentie, C = load capaciteit van de gate).
Waarschijnlijk neemt de capaciteit in de circuits ook af (bv. junctiecapactiteit), zodat de vermogensdissipatie verderom laag gaat.

[Verwijderd]

sinds wanneer is een transistor een lineaire component?

Ben zelf de formule voor het vermogen gedissipeert door een transistor vergeten, maar dacht dat deze anders was dan deze voor een weerstand. Zou ook goed kunnen dat de voorschakelweerstanden (DC weerstanden dus) anders kunnen gekozen worden, waardoor deze ook minder vermogen dissiperen.

[Jaco69]

CMOS gebruikt (in principe) alleen stroom tijdens het schakelen. Nu gaat en de spanning en het stroomverbruik omlaag dus een dubbele besparing.

mis alleen de relevante informatie in het artikel. Alle transistoren worden van halfgeleider materiall gemaakt

[drZymo]

Ik denk dat het verschil ook komt door gebruik van CMOS. De huidige serie processoren (m.u.v. in ieder geval de Atom) zijn volgens mij volledig opgebouwd met n-type transistoren (nMOS), wat eenvoudiger te ontwerpen is, en volgens mij ook sneller. Nadeel van nmos is dat het een hogere lekstroom heeft. De Atom processor is met CMOS technieken gemaakt en dat maakt het zuiniger.

Denk dat CMOS i.c.m. dit nieuwe materiaal voor die 90% zorgt.

[wimwest]

Beste drZymo,
Sinds begin jaren negentig wordt er al geen nMOS meer gebruikt, maar full CMOS, wat gebruik maakt van nmos en pmos transistoren (De C in CMOS staat voor complementair). nmos an sich heeft geen hogere lekstroom, maar circuits opgebouwd uit alleen maar nmos transistoren dissiperen wel aanzienlijk meer stroom omdat ze actieve belastingen nodig hebben. CMOS gates hebben (zien) geen actieve belasting, alleen maar een puur capacitive belasting van de gates die ze aansturen (en de bedrading).

[Verwijderd]

die andere dingen blijven denk ik niet gelijk wanneer een ander materiaal gebruikt word

[gfgw]

Spanning gehalveerd, stroom omlaag naar 10%. Opgenomen vermogen kan dan zelfs wel eens dalen tot 5% van wat het nu is.

[bbob]

Eerst zien, je moet deze dingen zo bekijken het is een ontwikkeling die jaren duurt voordat men zoiets in productie kan nemen. Dit lees je niet alleen over cpu's maar 10 jaar terug zouden we ook niet gedacht hebben dan we nu een 2 TB HDD hebben en andere technieken toen uit het lab zijn nu gewoon voor iedereen beschikbaar.

De ontwikkeling blijft doorgaan en dit dus ook. Betreft CPU's de snelheid is alleen maar toegenomen per performance per watt neemt alleen maar toe.

[_Thanatos_]

Zelf denk ik dat we weinig van die zuinigheid terugzien. Niet omdat ik weinig vertrouwen in Intel heb, want ik heb juist heel veel vetrouwen in ze. Maar vooral omdat ze markt voor snellere CPU's nog steeds open ligt. In de praktijk houdt een proces voor zuinigere cpu's daardoor in dat er CPU's komen die sneller zijn bij gelijkblijvend verbruik.

Ze zullen hooguit mobiele cpu's maken die het compromis tussen meer performance en minder verbruik opzoeken. Maar de desktop-processors zullen volgens mij gewoon rond de 65W TDP blijven zitten.

Daarnaast moet je niet vergeten dat waar cpu's zuiniger worden, andere componenten juist méér gaan verbruiken. Kijk maar es naar je videokaart, en ik daag je uit dat ding aan te raken als je aan het gamen bent
Of anders je northbridge. Daar zit niet voor niks zo'n dikke koeler op.

[MaartenBons]

Dit zal uiteraard ook voor andere doeleinden dan processors kunnen worden gebruikt. Je hebt waarschijnlijk gelijk dat we niet direct 90% minder energie gebruik zullen zien, maar ik denk dat hiermee processors idle wel een heel stuk zuiniger gaan worden. Zeker niet onbelangrijk en snellere processors betekend ook sneller klaar en weer eerder terug idle.

En zeker met servers merk je snellere processors wel op in het gebruik. Stel je hebt ineens een processor die voor het zelfde gebruik het werk van 2 processors kan doen. Lijkt me toch niet verkeerd.

Hetgeen wat wel tegen werkt is de behoefte naar steeds meer computer kracht.

[D-rez]

Als een processor tig keer zo snel wordt, bij een zelfde TDP zie je dat dus wel terug. Anders zou een processor welke vele male sneller is dan deze van de huidige generatie toch ook vele malen meer energie op slorpen?

Het kan dus gewoon twee kanten opwerken. Snellere systemen met een gelijke energie behoefte als de huidige generatie en zuinigere systemen met een gelijke snelheid als wat we nu kunnen bereiken bij bepaalde TDP's.

/edit
het lijkt me dat overige componenten ook hun voordeel kunnen halen uit deze techniek. Dus een GPU of northbridge zal ook wel zuiniger gemaakt kunnen worden.
bovendien moet je niet kijken naar hoe we nu evolueren, je moet kijken naar een huidig silicium systeem maar dan op basis van het "nieuwe" materiaal.

[Reactie gewijzigd door D-rez op 24 juli 2024 20:54]

[RalphM.]

En wedden dat ze die dingen gewoon weer zo hoog klokken dat het teniet wordt gedaan. Wel snellere computers uiteraard.

[bartje]

waarschijnlijk is prestatiewinst ook het doel
hoewel dit natuurlijk ook voor de energiebewuste markt gunstig is.
Ik denk dat intel een high-end en een energiezuinige processor op de markt zal zetten.
Maar die koers gaan ze geloof ik al een beetje op tegenwoordig

[Steven6249]

klinkt goed,
zou wel graag wille weten hoe veel langer de accuduur dan voor een een notebook is met een zuinige chip e.d.

[atimar]

Dit is een goeie ontwikkeling.
ws een voortgang op de atom N270 prosessor uit de eee-pc serie (mini laptop/desktop)
die draait op 1,6 GHz met beeld en geluid en alles erop en eraan.. hele ding gebruikt nog geen 36 Watt incl opladen van de accu!(+/- 65 watt voor desktop incl monitor)

Als ze het verschil tussen 1 en 0 klein genoeg kunnen houden, dan kon dat wel eens een vreselijk snelle prosessor worden die min of meer zonder koeling z'n werk kan doen.

Als diezelfde technologie ook op de videokaart wordt toegepast, dan is het feest compleet en kan je min of meer een high end pc laten draaien die niet meer gebruikt dan een kleine laptop.

Intel... helemaal op de goede weg

*bedankt Exirion, had 't ff niet gezien *

[Reactie gewijzigd door atimar op 24 juli 2024 20:54]

[Exirion]

Wat heeft Asus hier nou mee te maken? Zij hebben de Atom en de chipset niet ontwikkeld. Ze kopen net als alle netbookmakers gewoon een reference design in.

[Sir Isaac]

Galium arsenide, was het materiaal van de toekomst, is het materiaal van de toekomst en zal altijd het materiaal van de toekomst blijven. Dit bestaat al 20 jaar, maar misschien dat men nu niet meer om alternatieven voor Silium heen kan.