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Intel reinventa los transistores
usando una nueva estructura en 3-D
Intel anunció un avance significativo en la estructura básica del transistor, que es el
bloque microscópico con el que se construye la electrónica moderna. Por primera vez
desde su invención, hace más de 50 años, los transistores de silicio se construirán
usando un revolucionario diseño en tres dimensiones, llamado Tri-Gate, revelado por
primera vez por Intel en 2002, y se comenzarán a fabricar en grandes cantidades a
finales de este año en el nodo de 22 nanómetros (nm) en un chip de Intel con nombre
código Ivy Bridge. Un nanómetro es la milmillonésima parte de un metro.
Los transistores tridimensionales Tri-Gate representan un cambio fundamental con
relación a la estructura plana de los transistores de dos dimensiones, que ha sido la
tecnología usada no sólo en computadoras, celulares y electrónica de consumo hasta la
fecha, sino también en controles electrónicos de vehículos, naves espaciales,
electrodomésticos, dispositivos médicos y, virtualmente, miles de otros dispositivos de
uso común, por décadas.
‘Nuestra invención de los transistores Tri-Gate y la rápida aplicación a nuestros chips
de 22 nm son hechos que producirán cambios importantes en el escenario’, dijo el
presidente y CEO de Intel, Paul Otellini. ‘Junto con las anteriores invenciones de Intel,
la puerta de metal high-k y las invenciones de silicio endurecido, en 2007 y 2003,
respectivamente, los nuevos transistores 3-D le ayudarán a Intel a reducir drásticamente
el consumo de energía y los costos por transistor, al tiempo que mantienen el aumento
del desempeño. Esto permitirá productos sobresalientes, que irán desde dispositivos de
mano móviles muy pequeños a las supercomputadoras más rápidas del mundo’.
Los científicos reconocen desde hace mucho tiempo los beneficios de una estructura 3D para darle continuidad a la Ley de Moore a medida que las dimensiones de los
dispositivos se vuelven tan pequeñas que las leyes físicas se convierten en barreras al
avance. La llave al avance de hoy es la habilidad de Intel para fabricar en grandes
cantidades su nuevo diseño de transistor 3-D Tri-Gate, entrando así en la próxima era de
la Ley de Moore y abriéndoles la puerta a una nueva generación de innovaciones a lo
largo de un amplio espectro de dispositivos.
Transistores 3-D: Ahorro de energía y ganancias de desempeño nunca vistos
anteriormente. Los transistores 3-D Tri-Gate de Intel les permiten a los chips operar a
un menor voltaje de salida con una menor pérdida, lo que proporciona una combinación
sin precedentes de mejora del desempeño y eficacia energética, en comparación con la
generación anterior de transistores de punta. Esto les da a los diseñadores de chips la
flexibilidad de configurar los transistores para el bajo consumo energético o el alto
desempeño, dependiendo de la aplicación.
Los transistores 3-D Tri-Gate de 22 nm ofrecen hasta un 37% de aumento del
desempeño con bajo consumo energético, en comparación con los anteriores transistores
planos de 32 nm de Intel. Esta ganancia increíble significa que son ideales para su uso
en pequeños dispositivos de mano, ya que pueden "alternar" de una posición a otra. Por
otra parte, los nuevos transistores consumen menos de la mitad de la energía para
obtener el mismo desempeño que los transistores 2-D en los chips planos de 32 nm.
‘Las mejoras de desempeño y los ahorros de energía de los transistores 3-D no se
parecen a nada que hayamos visto antes’, dijo Mark Bohr, senior fellow de Intel. ‘Este
logro va más allá de simplemente mantenerse al día con la Ley de Moore. Los
beneficios en términos de bajo voltaje y bajo consumo energético superan con creces lo
que se suele ver de un nodo de proceso a otro nodo de proceso. Les dará a los
diseñadores de productos la flexibilidad necesaria para volver los dispositivos actuales
más inteligentes y producir otros completamente nuevos. Creemos que este avance
extenderá el liderazgo de Intel aún más con relación al resto de la industria de los
semiconductores’.
Continuando con el ritmo de la innovación - la Ley de MooreLos transistores continúan
volviéndose más pequeños, más baratos y más eficientes desde el punto de vista
energético, de conformidad con la Ley de Moore, que toma su nombre del cofundador
de Intel Gordon Moore. Gracias a esto, Intel ha sido capaz de innovar e integrar,
añadiendo más características y núcleos de cómputo a cada chip, aumentando el
desempeño y disminuyendo los costos de fabricación por transistor.
Mantenerse al día con la Ley de Moore se ha vuelto aún más complejo para la
generación de 22 nm. Los científicos de investigación de Intel inventaron en 2002 lo
que llamaron un transistor Tri-gate, así llamado por los tres lados de la puerta. El
anuncio de hoy es el resultado de años de desarrollo en el marco del sistema altamente
coordinado de investigación-desarrollo-fabricación de Intel y marca la implementación
de este trabajo para la fabricación a gran escala.
Los transistores 3-D Tri-Gate son una reinvención del transistor. La tradicional puerta
"plana" de dos dimensiones se sustituye por una "aleta" de silicio tridimensional
increíblemente delgada, que se eleva verticalmente desde el sustrato de silicio. El
control de la corriente se lleva a cabo mediante la implementación de una puerta en cada
uno de los tres lados de la aleta (dos en cada lado y una a través de la parte superior), en
lugar de una sola en la parte superior, como en el caso de los transistores planos
bidimensionales. El control adicional permite dirigir tanto flujo de corriente al transistor
como sea posible cuando el transistor está encendido (para obtener desempeño) o lo más
cerca posible de cero cuando se encuentra en el estado de apagado (para minimizar el
consumo energético); además, puede cambiar muy rápidamente entre los dos estados
(para volver a obtener desempeño).
Al igual que los rascacielos le permiten a los urbanistas optimizar el espacio disponible
por medio de la construcción vertical, la estructura 3-D Tri-Gate de Intel ofrece una
manera de manejar la densidad. Dado que estas aletas son verticales por su propia
naturaleza, los transistores también se pueden empaquetar más próximos, un
componente crítico para obtener los beneficios tecnológicos y económicos de la Ley de
Moore. Para las generaciones futuras, los diseñadores tienen la capacidad de seguir
aumentando la altura de las aletas, con el objetivo de obtener un desempeño y ganancias
de eficiencia energética aún mayores.
Por años hemos visto límites a cuán pequeños pueden volverse los transistores. Este
cambio en la estructura básica es un enfoque verdaderamente revolucionario y debe
permitir que la Ley de Moore, y el ritmo histórico de la innovación, continúen por largo
tiempo.