Intel transforma la construcción TI

Innovación y liderazgo

Intel ha anunciado la utilización de dos nuevos materiales para la construcción de las paredes de aislamiento y la conexión de puerta de sus transistores en 45 nanómetros (nm). Cientos de millones de estos transistores microscópicos o interruptores se incluirán en la próxima generación de familias de procesadores multi núcleo Intel Core 2 Duo, Intel Core 2 Quad y Xeon. La compañía también ha indicado que cuenta con cinco productos en fase inicial listos y funcionando los primeros de los quince procesadores en 45 nanómetros planeados por Intel.

Esta innovación en transistores permitirá a la empresa continuar ofreciendo velocidades de procesamiento muy elevadas en servidores, equipos portátiles y de sobremesa, mientras se reducen las pérdidas de energía eléctrica de los transistores, lo que permite reducir el diseño del chip y del equipo informático, su tamaño, consumo eléctrico, ruido y costes. Además, este anuncio asegura la Ley de Moore, un axioma de la industria de alta tecnología en el que se plantea que el número de transistores en un chip se duplica cada dos años, algo que toma fuerza para la próxima década.

La percepción de Intel es que ha ampliado su liderazgo en más de un año frente al resto del mercado de semiconductores con el anuncio de los procesadores de 45 nanómetros y la próxima generación de productos basada en esta tecnología, de nombre código “Penryn”. Las primeras versiones, que estarán centradas en cinco segmentos de mercado informático diferentes, están trabajando con sistemas operativos como Windows Vista, Mac OS X, Windows XP y Linux, así como con diferentes aplicaciones. La compañía mantiene sus planes de producción de 45 nanómetros para la segunda mitad de este año.

Material dieléctrico “High-K”

Intel ha implantado una combinación de materiales que reducen drásticamente las fugas e incrementan el rendimiento de su tecnología de procesamiento de 45 nanómetros. La compañía utilizará un nuevo material con una propiedad denominada “high-k”, para dieléctrico de puerta del transistor, y una combinación de materiales metálicos para el electrodo de puerta del transistor.

“La implementación de materiales metálicos y “high-k” marca el cambio más grande en la tecnología de transistores desde la presentación de los transistores MOS de puente de polisilicio a finales de los años 60″, comenta Gordon Moore, co-fundador de Intel.

Los transistores son interruptores diminutos que procesan los unos y ceros del mundo digital. La puerta deja pasar o no la corriente en el transistor y el dieléctrico de puerta es un aislante inferior que separa la puerta del canal por el que fluye la corriente. La combinación de la conexión de puerta metálica y el nuevo dieléctrico de puerta high-k permite transistores con corrientes eléctricas de fuga muy bajas y ofrece un alto rendimiento sin igual.

“Debido a que cada vez más y más transistores son encapsulados en una única pieza de silicio, el mercado continúa analizando las actuales soluciones para la reducción de corrientes de fuga”, indica Mark Bohr, Socio Senior de Intel. “Mientras, nuestros ingenieros y diseñadores han alcanzado un logro muy importante que asegura el liderazgo de Intel en productos e innovación. Nuestra implementación de transistores de puerta metálica y el innovador material high-k para nuestra tecnología de fabricación de 45 nanómetros ayudará a Intel a proporcionar productos multi núcleo más eficientes y rápidos sobre los que construir el éxito de las familias de procesadores Intel Core 2 y Xeon, y extender la Ley de Moore durante la próxima década”.

En términos de comparación, aproximadamente cerca de 400 transistores de 45 nanómetros de Intel podrían caber en la superficie de un solo glóbulo rojo de sangre humana. Hace una década, la tecnología de fabricación más innovadora era la de 250 nanómetros, lo que significaba que las dimensiones del transistor eran aproximadamente 5,5 veces superior en tamaño y 30 veces el área de la tecnología anunciada hoy por Intel.

Como el número de transistores por chip se dobla aproximadamente cada dos años de acuerdo con la Ley de Moore, “Intel es capaz de innovar e integrar, añadiendo más funcionalidades y núcleos de procesamiento informático, incrementando el rendimiento y reduciendo los costes de fabricación y el coste por transistor. Para mantener este ritmo de innovación, los transistores deben continuar reduciendo su tamaño aún más. Sin embargo, el uso de los actuales materiales y la capacidad de reducción de los transistores están llegando a límites básicos, debido al incremento en la potencia o el calor que desarrollan, así como temas como el tamaño que está alcanzando límites atómicos. Como resultado, la implantación de nuevos materiales es necesaria para el futuro de la Ley de Moore y la rentabilidad en la era de la información”, asegura el fabricante.

Tecnología de fabricación de 45nm

El dióxido de silicio es el material que ha sido utilizado para fabricar el dieléctrico de puerta del transistor desde hace más de 40 años, debido a su facilidad para ser procesado y la capacidad para proporcionar mejoras constantes en el rendimiento del transistor, ya que cada vez se ha fabricado más fino. Intel ha reducido el dieléctrico de puerta de dióxido de silicio a menos de 1,2 nanómetros de grosor lo que significa un total de cinco capas atómicas en los anteriores procesos de fabricación de 65nm de la compañía, pero la continua reducción ha dado como resultado un incremento en las corrientes de fuga a través del dieléctrico o aislante de puerta, lo que ha dado como resultado un calentamiento innecesario y un malgasto de energía.

La fuga de electricidad a través de la puerta del transistor asociado con el cada vez más fino dieléctrico de puerta de dióxido de silicio es reconocido por el mercado como uno de los retos técnicos más importantes a los que hace frente la Ley de Moore. Con el fin de resolver este tema tan crítico, Intel reemplazó el dióxido de silicio con una capa más gruesa de un material high-k basado en hafnium en el dieléctrico de puerta, reduciendo la fuga hasta diez veces comparado con el dióxido de silicio utilizado durante más de cuatro décadas.

Debido a que el dieléctrico de puerta basado en high-k no es compatible con el electrodo de puerta de silicio de hoy en día, la segunda parte de la receta de material del transistor de 45nm ha sido el desarrollo de nuevos materiales para una puerta de metal. Y como los metales específicos que Intel utiliza se mantienen en secreto, la compañía utilizará una combinación de diferentes materiales metálicos para los electrodos de la puerta del transistor.

La combinación del dieléctrico de puerta high-k con la puerta metálica para la tecnología de fabricación de 45nm de Intel proporciona más de un 20 por ciento de incremento en la conducción de la corriente, o lo que es lo mismo un rendimiento del transistor mucho más alto. Por otro lado, se reduce la corriente de fuga en más de cinco veces, mejorándose la eficiencia energética del transistor, añade la compañía TI.

El proceso tecnológico de 45nm de Intel también mejora la densidad de transistores en cerca de dos veces frente a la anterior generación, permitiendo a la firma bien incrementar el número total de transistores o bien hacer que los procesadores sean más pequeños. Debido a que los transistores de 45nm son más pequeños que los de anteriores generaciones, consumen menos energía al dejar y no dejar pasar la corriente, por lo que se reduce de forma activa el consumo eléctrico en la conexión y desconexión en un 30 por ciento aproximadamente. Intel utilizará cables de cobre con un dieléctrico low-k para sus interconexiones en 45nm con el fin de incrementar el rendimiento y reducir el consumo de energía. “Todo ello utilizará también reglas de diseño y técnicas de enmascarado para ampliar la utilización de la técnica de litografía seca de 193 nanómetros a la hora de fabricar sus procesadores de 45nm, debido a sus ventajas en rentabilidad y la alta capacidad de fabricación que ofrece”, subraya la organización.

La familia Penryn

La familia de procesadores Penryn es un derivado de la microarquitectura Intel Core y supone un paso más allá en la velocidad de Intel a la hora de proporcionar una nueva tecnología de fabricación y una nueva microarquitectura en años alternos. “La combinación de los procesos tecnológicos de 45nm líderes de Intel, las capacidades de fabricación a gran volumen y el liderazgo en el diseño de microarquitecturas han permitido a la compañía desarrollar ya los primeros procesadores Penryn de 45nm”, afirma la multinacional.

La compañía cuenta con más de 15 productos basados en 45nm en desarrollo para segmentos de sobremesa, portátiles, estaciones de trabajo y empresariales. Con más de 400 millones de transistores para procesadores de doble núcleo y más de 800 millones para los de cuatro núcleos, la familia de procesadores Penryn de 45nm incluye las funcionalidades de una nueva microarquitectura para un mayor rendimiento y capacidades para la gestión de la energía, así como velocidades de núcleo más altas y hasta 12 megabytes de caché. La familia Penryn además ofrece aproximadamente 50 nuevas instrucciones Intel SSE4 que amplían las capacidades y el rendimiento para aplicaciones informáticas multimedia y de alto rendimiento, concluye la tecnológica.