سخن مدیر:

کمی درباره ترانزیستورهای سه بعدی اینتل

دسته‌بندی: فناوری
5 دیدگاه

intel-planarvs3d

ترانزیستورها که مرکزیت دنیای دیجیتال را تشکیل می‌دهند، سوئیچ‌هایی هستند که با روشن و خاموش شدن جریان الکتریکی دستگاه‌ها را تنظیم می‌کنند. این بخش‌های سخت‌افزاری در لایه‌های زیرین و ناپیدا کار می‌کنند و در عین حال نقش جدایی‌ناپذیری در زندگی روزمره ما دارند و به همین دلیل بهتر است تا جایی که امکان دارد، آنها را کوچک و کوچک‌تر کنیم. هر تراشه رایانه‌ای می‌تواند میلیاردها ترانزیستور را در خود جای دهد به طوری که همه آنها در کنار یکدیگر و در یک لایه جا خوش کنند. تراشه‌ها تا پیش از این هیچ عمقی نداشتند و در فضای تک‌بعدی دوستانه در کنار هم تعبیه می‌شدند اما دنیای این سوئیچ‌ها دیگر به این سادگی‌ها نخواهد بود. ساختار خیابانی ترانزیستورها به ساختاری با زیرگذرها و روگذرها تبدیل می‌شود. اینتل دنیای ترانزیستورها را متحول می‌کند. این تحول را من و شما نمی‌توانیم با چشم غیرمسلح ببینیم، بلکه باید یک سیستم با فناوری Tri-Gate را در دست بگیریم و آن را آزمایش کنیم تا تاثیر انقلابی این فناوری برایمان قابل درک شود. اینتل در تولید تراشه‌ها از این پس از Tri-Gate که روشی برای تولید ترانزیستورهای سه‌بعدی است استفاده خواهد کرد. ترانزیستورهای سه‌بعدی را – که نمایانگر یک دهه تلاش خستگی‌ناپذیر است- از بسیاری جهات می‌توان یک انقلاب در ساخت تراشه‌ها در مقیاس‌های بزرگ به شمار آورد؛ پیامد تولید این تراشه‌های مبتنی بر Tri-Gate، ابعاد کوچکتر، قدرت بیشتر و مصرف انرژي کمتر دستگاه‌ها خواهد بود.

88

ترانزیستورهای مسطح

در شکل بالا یک ترانزیستور سنتی و مسطح نمایش داده شده که نشان‌دهنده ساختار این بخش سخت‌افزاری تا پیش از اعلان اخیر اینتل بود. یک ترانزیستور مسطح از سه بخش اصلی منبع، تخلیه و دروازه تشکیل شده است. منبع و تخلیه را می‌توان مشابه اسلات‌های موجود در یک سوکت الکترونیکی استاندارد در نظر گرفت، به طوری که در صورت بسته شدن مدار توسط یک سیم، ارتباط بین این دو برقرار شده و جریان الکتریکی به حرکت درمی‌آید. دروازه، سوئیچ ترانزیستور است بدین معنی که عبور یا عدم عبور جریان را توسط آن می‌توان مشخص کرد. بنابراین زمانی که دروازه در وضعیت On قرار داشته باشد یا دارای ولتاژ باشد، جریان می‌تواند از منبع به بخش تخلیه انتقال پیدا کند. هنگامی که ولتاژ از دروازه برداشته می‌شود، انتقال جریان متوقف خواهد شد. در دنیای واقعی، مقدار زیادی جریان بین منبع و بخش تخلیه جابه‌جا می‌شود و این به اصطلاح «جریان نشتی» منجر به مصرف بی‌رویه توان خواهد شد. این توان مصرفی به خصوص زمانی که تعداد ترانزیستورها بیشتر و اندازه آنها کوچک‌تر شود اهمیت بیشتری پیدا می‌کند.

tran101

اجازه دهید به نمودار دیگر نگاهی بیندازیم. نوار آبی‌رنگ کوچکی که در نمودار ديده مي‌شود، منطقه‌ای از دروازه است که هنگام قرار گرفتن در معرض یک ولتاژ نقش یک هادی الکتریکی را ایفا خواهد کرد. بنابراین زمانی که به صفحه فلزی کوچک دروازه ولتاژی اعمال می‌شود این لایه نیمه‌هادی به یک هادی تمام‌عیار تبدیل شده و جریان را منتقل می‌کند. تصور کنید که ترانزیستوری بخواهد از این هم کوچک‌تر شود. با توجه به نمودار، این لایه آبی‌رنگ هم به تبع آن کوچک شده و جریان کمتری را عبور خواهد داد. در نتیجه در ابعاد 22 نانومتری اینتلی، جریان بسیار کمی هنگام On بودن دروازه قابلیت جابه‌جایی دارد. توجه داشته باشید که این جریان به قدری کم است که تقریبا با جریان انتقالی در وضعیت Off هم ممکن است برابری کند! این مساله برای کار یک ترانزیستور مشکل‌آفرین است چرا که با On یا Off بودن دروازه باید به ترتیب 1 و 0 منتقل شوند. برای حل این مشکل دو راه‌حل در پیش رو داریم: 1- جریان نشتی را کاهش دهیم تا هنگام خاموش بودن دروازه جریانی معادل با وضعیت روشن منتقل نشود. 2- الکترون‌های بیشتری را وادار به حرکت در نوار آبی‌رنگ کنیم.

3D_transistor

طراحی جدید اینتل ترکیبی از دو راه‌حل گفته‌شده را در ترانزیستورهایش اعمال کرده است، با این حال به دلیل اهمیت راه‌حل دوم، روی آن متمرکز می‌شویم. دو راه اصلی برای تزریق بیشتر الکترون به نوار آبی‌رنگ وجود دارد. اولین و ساده‌ترین راه افزایش مقدار ولتاژی است که به دروازه منتقل می‌کنیم. این روش نمی‌تواند بهینه باشد زیرا با افزایش ولتاژ توان مصرفی هم بیشتر خواهد شد. رویکرد دیگر برای بهبود مشکل، پیدا کردن راهی برای افزایش اندازه این نوار آبی‌رنگ است. با افزایش این لایه دیگر نیازی هم به مصرف توان بیشتر برای تولید ولتاژ بالاتر نیست. اینتل با در نظر گرفتن این رویکرد، بعد سومی را به ترانزیستور خود افزود تا بتوانید با افزایش اندازه این نوار آبی جریان بیشتری را منتقل کنید.

ترانزیستورهای سهبعدی (Tri-Gate)

همان‌طور که در مدل سه‌بعدی ترانزیستور مشاهده می‌شود ناحیه وسیعی از دروازه با بخش نیمه‌هادی بزرگ آبی‌رنگ در ارتباط است و این یعنی جریان بیشتر. همین موضوع باعث می‌شود تفاوت بین وضعیت‌های On و Off در ترانزیستور محسوس‌تر و صفرها و یک‌ها از یکدیگر متمایز شوند. به علاوه، جریان انتقالی بیشتر در نوار آبی‌رنگ موجب کاهش نهایی مصرف توان دستگاه می‌شود. بخش میانی بین دروازه و لایه آبی‌رنگ را «فین» (Fin) می‌نامند. با توجه به این فضای در نظر گرفته‌شده در صورتی که اینتل بخواهد اندازه‌های دروازه و نوار آبی‌رنگ را افزایش دهد، فین‌های متعددی را در این بین در نظر خواهد گرفت.

در مجموع استفاده از دروازه بزرگ‌تر در یک فضای سه‌بعدی موجب خواهد شد علاوه بر مصرف توان کمتر، فرکانس تراشه افزایش پیدا کند و کارایی نهایی سیستم‌ها بالا رود. این ارتباط بین افزایش کارایی و کاهش مصرف در نمودار زیر به خوبی نشان داده شده است (هر چه تاخیر دروازه ترانزیستور کمتر باشد، سرعت پردازشی بالاتر می‌رود).

power

بر اساس ادعای شرکت اینتل، ترانزیستورهای Tri-Gate ا22 نانومتری 18 تا 37 درصد سریع‌تر از نمونه‌های مسطح 32 نانومتری عمل کرده و کاهش مصرف 50 درصدی دارند (به شکل توجه کنید). با چنین تحول اساسی‌ای، گویی اینتل یک گام جلوتر از پردازنده‌های ARM قرار گرفته و مشکلی جدی برای تولیدکنندگان این نوع پردازنده‌ها به وجود خواهد آورد.

اهمیت بعد سوم

این ترانزیستورها در آینده‌ای نزدیک «قانون مور» را بی‌اعتبار خواهند کرد. در اینکه آینده فرآیندهای محاسباتی مبتنی بر دستگاه‌های کوچک و کم‌مصرف در کنار سرویس‌های ابری هستند هیچ شکی وجود ندارد و روزبه‌روز شاهدیم که تلفن‌های هوشمند و تبلت‌ها توانایی پردازشی بیشتری نسبت به قبل پیدا می‌کنند. در نتیجه، پیش‌بینی می‌شود شرکت اینتل با تولید پردازنده‌های Tri-Gate به زودی بازار محبوب دستگاه‌های همراه را قبضه کند. خط تولید پردازنده‌های Ivy Bridge که جانشینی برای Sandy Bridge ها به حساب می‌آیند سرعت بالاتر، مصرف کمتر و ابعاد کوچک‌تر را برای علاقه‌مندان به دنیای فناوری به ارمغان خواهند آورد. آینده سخت‌افزار در دستان اینتلی‌هاست.

سعید صباغی پور saeid@asreertebat.com

منبع

  • نویسنده
    زکیه سلمی
  • تعداد بازدید
    بازدید : 2,564
5دیدگاه فرستاده شده است.
شما هم دیدگاه خود را بنویسید
  1. M.r :
    29 ارد 91

    Firefox 12.0 Windows 7

    اگه میشه در مورد Clover Trail هم توضیح بدین و اینکه آیا میتونن از نظر مصرف انرژی با ARMمقابله کنن

  2. Mohhamad JJ :
    31 ارد 91

    Chrome 19.0.1084.46 Windows

    سلام
    من ویندوز 8 رو نصب کردم و یک سئوال داشتم در مورد اینکه میشه یه شبکه کارت شبکه مجازی ساخت تا به وسیله اون به کانکشن وی پ ی ان (برای شرکت بیمه ایران جهت اتصال به پورتال سازمانی)وصل شد تا هم بشه از اینترنت استفاده کرد هم اون کانشکن وصل باشه برای خودش که نخواد هی دیسکانت یا کانکت شم برای اتصال به پورتال ؟

  3. ستار . م :
    22 خرد 91

    Firefox 13.0 Windows 7

    درود بر شما
    این اولین باری است که به سایت شما سر می زنم و باید بگم برای افرادی چون من که عاشق دنیای الکترونیک و رایانه هستند،عالی است.

    خبر ترانزیستورهای جدید اینتل رو خیلی وقت پیش شنیدم اما تا پیش از خواندن مقاله شما تفاوت این نسل از ترانزیستورها رو با فناوری فعلی نمی دانستم.
    سپاس از انتشار این مطلب مفید.

  4. محمدباقر پورمنصوری :
    22 خرد 91

    MSIE 9.0 Windows 7

    با سلام
    امیدوارم این آخرین باری که به ما سر می زنید هم نباشه و مطالب ما در خور فردی چون شما باشه و بتونه کششی در شما برای دوباره آمدن به اینجا ایجاد کند.
    موفق باشید

  5. tayebeh :
    05 خرد 92

    MSIE 8.0 Windows 7

    سلام خسته نباشید من پروژه ام درمورد ترانزیستورهای سه بعدی میشه یه خورده بیشتر دربارش توضیح بدین ممنون میشم مرسی.






نوشته‌های ویژه
اخبار ویژه