Intel sẽ giới thiệu một thiết kế bóng bán dẫn ba chiều mang tính cách mạng với tên gọi Tri-Gate, được Intel đề cập lần đầu tiên vào năm 2002, được đưa vào sản xuất đại trà trên nền tảng 22 nanomet trong một con chip Intel có tên mã là “Ivy Bridge.” (Một nanômét bằng một phần tỉ của một mét)

Các bóng bán dẫn Tri-Gate ba chiều đại diện cho một sự chuyển hướng khỏi kiến trúc bóng bán dẫn phẳng hai chiều – kiến trúc đã hỗ trợ không chỉ cho các máy tính điện toán, điện thoại di động và các mặt hàng điện tử tiêu dùng hiện đại mà còn cho các bộ điều khiển bên trong ô tô, tàu vũ trụ, vật dụng trong nhà, thiết bị y tế và hàng ngàn vật dụng hàng ngày từ nhiều thập kỷ nay.

Các nhà khoa học từ lâu đã nhận ra các lợi ích của một kiến trúc ba chiều để duy trì tốc độ theo Định luật Moore bởi các chiều không gian của thiết bị đã trở nên quá nhỏ đến nỗi các định luật vật lý trở thành rào cản cho sự phát triển. Chìa khóa cho bước đột phá ngày nay là khả năng Intel sẽ triển khai thiết kế bán dẫn Tri-Gate ba chiều vào sản xuất hàng loạt. Điều này mở ra kỷ nguyên tiếp theo cho Định luật Moore và tạo điều kiện cho nhiều tiến bộ mới trên hàng loạt thiết bị.

2D 32nm transistor.

3D 22nm transistor.

Định luật Moore là một cách dự đoán tốc độ phát triển công nghệ silicon. Theo đó, khoảng cứ 2 năm thì mật độ bóng bán dẫn sẽ tăng gấp đôi, trong khi chức năng và hiệu suất sẽ tăng, còn giá thành thì giảm. Nó trở thành mô hình kinh doanh cơ bản cho ngành sản xuất bán dẫn hơn 40 năm nay.

Các bóng bán dẫn Tri-Gate ba chiều của Intel cho phép các con chip hoạt động ở điện áp thấp hơn và ít lãng phí năng lượng hơn, mang lại một sư kết hợp về hiệu năng tăng thêm và sử dụng năng lượng hợp lý hơn so với các bóng bán dẫn cao cấp trước đây. Các khả năng này mang lại cho các nhà thiết kế sự linh hoạt trong việc chọn bóng bán dẫn có mức tiêu hao năng lượng thấp và hiệu năng cao, phụ thuộc vào mục đích ứng dụng .

Các bóng bán dẫn Tri-Gate ba chiều 22nm tăng hiệu năng cao hơn đến 37% ở mức điện áp thấp so với các bóng bán dẫn hai chiều 32nm của Intel. Mức tăng phi thường này đồng nghĩa với việc chúng rất lý tưởng để dùng trong các thiết bị cầm tay nhỏ gọn, hoạt động trên nguyên tắc sử dụng ít năng lượng hơn để “chuyển đổi” qua lại. Ngoài ra, các bóng bán dẫn mới tiêu thụ ít hơn phân nửa năng lượng so với các bóng bán dẫn phẳng hai chiều trên chip 32nm, ở cùng mức hiệu năng.

Các bóng bán dẫn Tri-Gate ba chiều là một sự đổi mới trong công nghệ bán dẫn. Các cổng giao tiếp hai chiều phẳng truyền thống được thay bằng các “rìa” silicon ba chiều cực mỏng, nổi lên theo chiều dọc của nền silicon. Việc kiểm soát dòng điện được thực hiện bằng cách bổ sung một cổng giao tiếp trên mỗi bên trên một rìa có 3 mặt – hai cổng mỗi bên và một cổng phía trên – hơn là chỉ một cổng trên đỉnh ở bóng bán dẫn phẳng hai chiều. Bộ điều khiển truyền thống cho phép càng nhiều điện đi qua bóng bán dẫn càng tốt khi bóng bán dẫn ở trạng thái “mở” (để hoạt động), và gần đến mức 0 khi nó ở trạng thái “tắt” (để giảm thiểu năng lượng), và cho phép bóng bán dẫn chuyển đổi rất nhanh chóng giữa hai trạng thái (một lần nữa để hoạt động). Giống như những tòa nhà chọc trời cho phép những nhà quy hoạch đô thị tối ưu khoảng không gian còn lại bằng cách xây hướng lên trên, kiến trúc bóng bán dẫn Tri-Gate ba chiều của Intel đem lại một cách mới để quản lý mật độ. Bởi vì bản chất của các rìa này là thẳng đứng, các bóng bán dẫn có thể được xếp gần nhau hơn, một thành phần tối quan trọng trong các lợi ích về công nghệ và kinh tế của Định luật Moore. Trong tương lai, các nhà thiết kế cũng có thể tiếp tục tăng thêm chiều cao của các rìa để có thêm hiệu suất và thêm nhiều năng lượng giảm hơn. Bóng bán dẫn ba chiều Tri-Gate sẽ được thực thi trong quá trình sản xuất sắp tới của Intel, được gọi là bước nhảy 22nm. Để bạn dễ hình dung kích, hơn 6 triệu bóng bán dẫn Tri-Gate 22nm có thể để vừa dấu chấm câu).

Cũng trong ngày 4-5, Intel đã công bố bộ vi xử lý 22nm đầu tiên của thế giới, với tên mã là “Ivy Bridge”, cho máy tính xách tay, máy chủ hoặc máy tính để bàn. Họ bộ vi xử lý Intel Core nền tảng Ivy Bridge sẽ là con chip đầu tiên sử dụng bóng bán dẫn ba chiều Tri-Gate được sản xuất hàng loạt. Ivy Bridge được dự kiến sản xuất hàng loạt vào cuối năm nay.

Bước đột phá trong công nghệ silicon này cũng sẽ hỗ trợ cho các sản phẩm nền tảng Intel Atom như nâng cấp hiệu năng, chức năng và tương thích phần mềm của kết cấu Intel mà vẫn đạt được các yêu cầu chung vể mức năng lương, chi phí và kích cỡ phủ hợp với nhu cầu của từng phân khúc thị trường.

P.V.

– Hình minh họa so sánh transistor 2D Planar 32nm (bên trái) và transistor 3D Tri-Gate 22nm (bên phải). Dòng diện (hiển thị bằng các chấm màu vàng) trong transistor Planar chạy trong một mặt phẳng bên dưới cổng (gate), trong khi ở transistor 3D lại chạy trên 3 cạnh của một rìa đứng (vertical fin).