Để sản xuất được transistor Tri-Gate 3D, Intel phải mất đến 10 năm nghiên cứu. Thiết kế này sẽ mang lại điều gì mà khiến Intel phải tốn công như vậy?

Hồi tháng 5 vừa qua, Intel công bố rằng họ vừa đạt được một bước tiến mang tính đột phá về công nghệ và có thể sản xuất ra được bóng bán dẫn 3 chiều (transistor 3D) mang tên là Tri-Gate (3 cổng). Intel dự kiến sẽ tung ra bộ xử lí (BXL) 22nm tên mã là Ivy Bridge ứng dụng kỹ thuật thiết kế này vào năm sau. Đây là BXL hướng đến mọi nền tảng từ di động cho đến máy chủ.

Vậy BXL được xem là “3D” này có khác gì so với BXL hiện nay? Theo Intel, BXL 3D sẽ tiết kiệm điện năng hơn và/hay có tốc độ xử lí nhanh hơn, tùy vào mục đích thiết kế ban đầu cho nền tảng nào. BXL 3D chính là đích ngắm của nhiều nhà sản xuất thiết bị di động vì những tính năng ưu việt cực kỳ hấp dẫn mà nó hứa hẹn.

Thực chất, để giải quyết được bài toán thiết kế transistor 3D, Intel phải mất đến 10 năm (họ nghiên cứu thiết kế 3D từ năm 2002).

Đây quả là một thời gian không phải ngắn. Nhưng tại thời điểm bắt đầu, chắc chắn đó mới chỉ là ý tưởng cho một tương lai sắp đến, chứ không phải là một giải pháp cho vấn đề nào đó lúc ấy.

Để đạt được khả năng tiết kiệm điện, một trong những mục tiêu ở khâu thiết kế BXL của Intel là giảm rò rỉ điện, vì vẫn có một ít điện năng bị rò khi đi qua một thành phần mà Intel gọi là cổng (gate) - (Intel đã đạt được một cột mốc cách đây vài năm khi đưa ra high-k mental gate dùng cho đến ngày nay tham khảo thêm tại www.pcworld.com.vn/T1191463), ngay cả khi transistor đó đã ở chế độ tắt. Đây là điều thách thức nhất đối với họ cho đến hiện nay.

Với các transistor 3D Tri-Gate, Intel đi từ loại transistor chỉ có một bề mặt sang loại transistor sử dụng các vách (fin), để tạo thêm chiều sâu.

Bằng cách này, transistor 3D Tri-Gate sẽ hiệu quả về điện năng hơn mà không làm giảm khả năng xử lý. Số "3" trong 3D muốn nói đến 3 mặt của các fin đều có thể mang theo dòng điện và đều đi qua một gate.

Tri-Gate hoạt động thế nào

Bằng cách sử dụng các fin, Tri-Gate có được bề mặt lớp chuyển đổi lớn hơn so với thiết kế transistor phẳng, do vậy cũng giúp nhà thiết kế dễ dàng điều khiển được dòng điện rò rỉ nên sẽ hiệu quả hơn về mặt hiệu năng.

Điều khiển một transistor cũng có thể hình dung như điều khiển một vòi nước. Khi bạn mở vòi nước, bạn muốn nước chảy ra thật nhanh, mạnh và khi bạn khóa vòi lại, bạn muốn nước ngừng chảy ngay, không bị rỉ.

Và theo Intel, thiết kế 3D Tri-Gate không ảnh hưởng đến mật độ transistor trên BXL.

Với quy trình xử lý 22nm sắp đến dành cho BXL Tri-Gate, Intel có thể chứa gấp đôi số transistor trên một đế bán dẫn (die) so với thiết kế transistor 2 chiều ở quy trình 32nm.

Và thậm chí, Intel còn muốn đặt các fin này gần nhau nhất có thể được để tiết kiệm thêm diện tích.

Mô hình Tri-Gate cũng cho phép các nhà thiết kế linh động hơn trong việc thiết kế transistor vì mỗi transistor có thể có một hay nhiều fin.

Với mỗi fin cộng thêm, khả năng xử lý của mỗi transistor chắc chắn sẽ tăng lên trong khi chi phí sản xuất chỉ đội lên khoảng 2%-3%.

Và với thiết kế Tri-Gate, Intel cũng có thể đẩy xung nhịp BXL lên được đến 4GHz nhưng họ không cho đây là chỉ số quan trọng như cách nay vài năm.

Người dùng ngày nay lại quan tâm đến số nhân, dung lượng bộ nhớ đệm (cache), các bản mạch cộng thêm trên BXL hơn như mạch xử lý đồ họa, mạch cho sóng không dây...

Và với thiết kế Tri-Gate, các transistor có thể được thiết kế cho từng tác vụ riêng biệt dễ dàng hơn so với bản “planar”.

Và những transistor chuyên biệt cho từng tác vụ như vậy sẽ hiệu quả về mặt điện năng rất nhiều so với việc mọi xử lý đều đi qua transistor của BXL

Tham khảo: Intel; www.ComputerPowerUser.com

Hiện thời, Intel bỏ ra đến 8 tỉ USD để nâng cấp chuỗi nhà máy và xây một nhà máy mới dành riêng để sản xuất transistor Tri-Gate 22nm cho BXL. Mỗi giây, chuỗi nhà máy của Intel trên toàn cầu có thể sản xuất đến 5 tỉ transistor. Thực sự Intel đã bắt đầu đưa ra SRAM dùng transistor Tri-Gate 22nm hồi năm 2006 nhưng BXL Ivy Bridge mới là BXL đầu tiên chạy transistor Tri-Gate và Intel dự kiến BXL này sẽ xuất hiện vào nửa đầu năm 2012. Intel cũng khá tự tin khi cho rằng sẽ không có công ty nào có thể đưa ra được sản phẩm dùng thiết kế tương tự Tri-Gate cho transistor cho đến khi Intel sản xuất được trên dây chuyền 14nm. Lý luận cho điều này, Intel cho rằng khi họ giới thiệu chất liệu high-k mental gate, phải mất vài năm sau thì các đối thủ cạnh tranh mới bắt đầu làm nó.