Intel entra en la tercera dimensión
El mayor fabricante de circuitos integrados del mundo desvela un diseño de chip radical.
Esta semana, el fabricante de chips de ordenador Intel anunció que está preparando su entrada en una nueva dimensión de transistores – literalmente. Conocidos como Tri-Gate (tri-puerta), su nuevo transistor será el primero en pasar a producción masiva con una auténtica estructura tridimensional.
Intel dice que el transistor ofrecerá unos beneficios de rendimiento y eficiencia sobre los modelos 2D cuando esté lista la producción de una nueva variedad de microprocesadores para finales de año. Pero con algunos analistas de la industria catalogándolo de aventura arriesgada, Nature explora las ventajas del 3D.
¿Qué hacen los transistores?
Los transistores son los elementos básicos de los microprocesadores, que son el ‘cerebro’ o dispositivos computacionales dentro de los PCs, portátiles, smartphones y casi todos los dispositivos electrónicos modernos. Un transistor es, básicamente, un interruptor automático que puede almacenar información como ‘1’ ó ‘0’, dependiendo de si el interruptor está encendido – permitiendo que la corriente eléctrica fluya – o apagado. La unión de varios transistores crea un dispositivo conocido como puerta lógica, el cual toma estas zonas de ceros y unos y realiza cálculos básicos con ellos. Los ordenadores caseros disponibles hoy contienen miles de millones de transistores unidos en puertas lógicas, y tienen una enorme potencia de procesamiento como resultado.
¿Cuál es la diferencia entre un transistor 2D y 3D?
Los transistores están normalmente hechos de silicio, que es un semiconductor – un material que puede comportarse como conductor eléctrico o aislante. Consta de un canal que conecta una fuente con un drenaje, interrumpido a mitad de camino por una puerta. La puerta es lo que hace que el transistor se comporte como un interruptor: Aplicando el voltaje correcto y con un camino conductor conocido como forma de capa de inversión, se permite a la corriente fluir desde la fuente al drenaje. En este ejemplo, el transistor está encendido; sin la capa de inversión, no hay flujo de corriente y el transistor está apagado.
Todos los transistores producidos en serie durante los últimos 50 años aproximadamente han sido 2D. Esto significa que la fuente, el drenaje y el canal que los conecta caen todos en el mismo plano. En los transistores 3D de Intel, por su parte, el canal sale de la superficie en una cresta o ‘aleta’; El resultado es que tiene no uno, sino tres lados en contacto con la puerta solapada – de aquí su nombre de ‘Tri-Gate’.
¿Por qué el diseño 3D es mejor?
Los fabricantes de chips tales como Intel han estado disminuyendo progresivamente el tamaño de los transistores para poder compactar más en cada chip y, finalmente, hacer ordenadores más rápidos. Actualmente, los chips más rápidos usan transistores que tienen 32 nanómetros de diámetros – esto es aproximadamente del orden de 100 átomos de silicio – y los fabricantes esperan producir pronto versiones de 22 nanómetros. Pero esta progresiva miniaturización tiene un problema: Conforme se acerca la fuente y el drenaje, y el canal se hace más pequeño, se hace más difícil que la puerta controle la formación de la capa de inversión. Simplemente, la distinción entre ‘apagado’ y ‘encendido’ se hace más difusa.
Con una estructura en 3D se resuelve este problema. Debido a que está en contacto con tres lados del canal, la puerta tiene mucho más control sobre la capa de inversión. Esto significa que los estados de ‘encendido’ y ‘apagado’ son incluso más diferentes cuanto más pequeño es el transistor.
¿Cuál es el beneficio para la computación?
Intel incorporará estructuras Tri-Gate en su próxima generación de transistores de 22 nanómetros, cuya producción está prevista para finales de este año. La compañía dice que, en comparación con sus actuales transistores 2D de 32 nanómetros, los transistores Tri-Gate serán un 37% más rápidos. En general, el diseño 3D debería permitir a los transistores que se compactaran más entre sí, haciendo por tanto posible que se encajen más en el mismo espacio.
También hay sutiles ventajas. De acuerdo con Intel, la estructura filtra menos corriente que las 2D estándar cuando no está en uso, lo cual mejorará la vida de la batería de los dispositivos electrónicos móviles, tales como ordenadores portátiles y smartphones. Además, cuando funcionan a voltajes relativamente bajos, deberían consumir menos del 50% de la potencia requerida para los actuales transistores de Intel – lo que sería un gran avance para los servidores de red de gran carga.
¿Inventó Intel el transistor 3D?
La idea de los transistores 3D ha estado dando vueltas desde hace una década – la dificultad ha estado en cómo diseñar uno que pueda producirse en cadena con éxito. Debido a que los transistores constan ahora de unas docenas de átomos, incluso fallos menores pueden tener un gran efecto en su rendimiento. Tener características que salgan del sustrato es particularmente complejo, e Intel no ha desvelado cómo han abordado esto sus ingenieros.
El diseño Tri-Gate es básicamente una variante de un ’FinFET’, una estructura 3D desarrollada a finales de la década de 1990 por Chenming Hu y sus colegas de la Universidad de California en Berkeley. Otros fabricantes de chips tales como IBM, Samsung y TSMC están trabajando en sus diseños 3D, pero no se espera que los pongan en producción, al menos, hasta la próxima generación de miniaturización, tras los 22 nanómetros.
¿Qué seguirá al 3D?
Intel cree que la estructura Tri-Gate debería reducir los transistores a 14 nanómetros o menos. En principio, debería ser posible crear transistores, 3D o cualquier otro, de apenas unos pocos átomos, aunque fabricarlos consistentemente se hace cada vez más difícil conforme disminuye su tamaño.
En algún punto, los fabricantes se verán forzados a explorar aún más dimensiones. Tal vez en esa etapa la respuesta sea la espintrónica – una tecnología emergente que usa el espín de los electrones, así como su carga.
Fuente Original: Ciencia Kanija - Nature News
