22nm e 3-D Tri-Gate transistor

Nel corso degli anni l’evoluzione nel mondo dei semiconduttori non ha conosciuto rallentamenti. Processori sempre più performanti e memorie sempre più capienti ci permettono oggi di avere tra le mani delle macchine dalle potenze di calcolo enormi, ma questo non sarebbe stato possibile se, assieme alle architetture, non si fosse evoluto anche il processo produttivo.

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Grazie a questa scala temporale possiamo vedere tutta l’evoluzione del transistor Intel dal 2003 ad oggi. Come possiamo vedere dai 90nm fino ai recenti 32nm il transistor ha sempre subito delle variazioni delle sue specifiche tecniche oltre ovviamente alla riduzione delle dimensioni, ma mai si era vista una rivoluzione così completa come quella di oggi.

Oltre al nuovo processo produttivo che permette la miniaturizzazione dei componenti vediamo subentrare un nuovo tipo di transistor che per la prima volta lascia da parte il classico sviluppo planare che abbiamo visto fino ad ora introducendo per la prima volta uno sviluppo in 3D grazie al 3-D Tri-Gate Transistor.

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Da questa immagine possiamo vedere come si presenta un processore costruito con la vecchia tecnologia a 32nm planare e con quella nuova a 22nm tridimensionale.

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La slide ci mostra quali sono i principali benefici che questa nuova architettura comporta. A fronte di un costo per la produzione maggiorato rispetto alla generazione precedente del 2-3% si affiancano moltissime qualità. Da test svolti da Intel con basse tensioni di alimentazioni (fino ad 1V), le performance del transistor sono aumentate del 37% a bassi voltaggi e sono stati constatati cali di potenza assorbita maggiori del 50%. A questi dati si accompagna una velocità maggiore di accensione e spegnimento del transistor che garantiscono un segnale più pulito e performance maggiori.

Sottolineiamo come però tutte queste caratteristiche e questi ottimi dati rilevati abbiano valenza qualora la tensione di alimentazione non sia troppo alta, altrimenti tutti gli ottimi numeri di cui vi abbiamo raccontato si livellano lentamente con la precedente generazione, ma di questo ne parleremo più avanti con alcuni test.

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Questi rendering molto artistici ci possono spiegare in maniera semplice come funziona l’interno di una CPU e del perchè la tecnologia 3D sia stata fondamentale per permettete ad Intel di evolvere le proprie CPU. La componente fondamentale di questa foto è il segnale definito dalla striscia gialla e nera che scorre sotto al GATE che ha il compito di leggere le informazioni. La riduzione delle dimensioni dei transistor ha automaticamente costretto alla riduzione della superficie a contatto tra il segnale e il GATE costringendo un aumento di tensione per poter trasmettere in maniera corretta le informazioni, ma questo era proprio ciò che si voleva evitare.

Detto questo, l’unico modo per mantenere un’elevata superficie di lettura diminuendo la dimensione dei transistor è stata quella di sviluppare un sistema che permettesse di trasferire un segnale su una superficie 3D sfruttando lo sviluppo verticale e di creare un GATE in grado di leggere su tutte e tre le dimensioni.