Il transistor tri-gate, o 3D, è l'ultima innovazione di casa Intel. Concepito dall'azienda nel 2002, e chiamato così per i tre lati del gate, questo transistor è stato svelato nel corso di una conferenza trasmessa in contemporanea in tutto il mondo. La casa di Santa Clara ha presentato così l'elemento chiave che accompagnerà le future architetture, prima fra tutte quella a 22 nanometri, che sarà svelata con i processori nome in codice Ivy Bridge.
Per farvi un'idea di cosa sia un transistor tri-gate a 22 nanometri, tenete presente che "il transistor originale realizzato dai Bell Labs nel 1947 era di dimensioni sufficientemente grandi da poter essere assemblato a mano. Al contrario, sarebbe possibile inserire più di 100 milioni di transistor tri-gate a 22 nm sulla testa di uno spillo".
Transistor tri-gate, ecco com'è fatto
Il tradizionale gate planare bidimensionale è stato sostituito da un'aletta di silicio tridimensionale, molto sottile, che si sviluppa in verticale dal substrato di silicio. Il controllo della corrente viene ottenuto implementando un gate su ognuno dei tre lati dell'aletta, due su ogni lato e uno sulla parte superiore, anziché solo sulla parte superiore come nel caso dei transistor planari bidimensionali.
Tutto questo permette di avere uno strato di inversione - dove scorre la corrente - con una superficie molto più ampia, garantendo cinque vantaggi. Il primo è che il gate può avere più controllo sulla corrente che scorre nel transistor. Il secondo è che la tensione del substrato di silicio non ha più un impatto sulla corrente quando il transistor è spento.
Il terzo è che grazie allo strato d'inversione con un'area più ampia, può scorrere più corrente all'interno del transistor in stato on. Il quarto punto è che la struttura tri-gate non impatta sulla densità , infatti le CPU a 22 nm dovrebbero avere una densità doppia rispetto all'attuale soluzione a 32 nm.
Inoltre, si possono modificare il numero di alette per controllare consumi e prestazioni. La nuova struttura permette infine al transistor di commutare dallo stato on a quello off (e viceversa) molto più rapidamente di quanto possibile con le soluzioni odierne.
A sinistra la struttura di un transistor planare, a destra quella di una soluzione tri-gate
Intel ha spiegato che un transistor tri-gate necessita di una tensione minore per funzionare. Con la stessa velocità di commutazione, un transistor tri-gate a 22 nm può funzionare con il 75/80% della tensione operativa richiesta da una soluzione a 32 nm. In questo modo il consumo attivo alla stessa frequenza è inferiore, offrendo margini per aumentare le prestazioni.
I transistor 3D a 22 nm consentono una riduzione del consumo attivo che può essere superiore del 50% rispetto al processo produttivo a 32 nm e offrono prestazioni in bassa tensione maggiori fino al 37% rispetto alle soluzioni planari a 32 nm usate dell'architettura Sandy Bridge, ovvero i processori Core di seconda generazione. A 1 volt l'incremento delle prestazioni è del 18%.
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L'azienda ritiene che il transistor con struttura 3D consenta di tenere il ritmo della Legge di Moore. Il cofondatore di Intel, Gordon Moore, predisse che la densità dei transistor nei chip sarebbe raddoppiata all'incirca ogni 18 mesi, incrementando capacità , prestazioni e riducendo i costi. Questo dogma costituisce il modello fondamentale di business per il settore dei semiconduttori da oltre 40 anni.
Secondo Intel la concorrenza non passerà a questa nuova tecnologia fino ai 14 nanometri e l'adozione su tutta la propria gamma di architetture del nuovo transistor le consentirà di entrare in settori finora non accessibili, come quello degli smartphone dove i bassi consumi sono prioritari.