Intel da un respiro a la ley de Moore con su enfoque 3D

Intel anunció la semana pasada  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 (3-D), llamado Tri-Gate, y que fuera anunciado 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 nanómetros1 (nm) en un chip de la compañía con nombre código Ivy Bridge. 
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 durante 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, silicio endurecido y la puerta de metal high-k , en 2003 y 2007, 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 la creación de productos sorprendentes, 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 3-D para darle continuidad a la Ley de Moore pues a medida que las dimensiones de los dispositivos se vuelven más pequeñas, las leyes físicas se convierten en barreras al avance. La clave de este adelanto 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 abriendo 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 antes vistos
Los transistores 3-D Tri-Gate de Intel les permiten a los chips operar a un menor voltaje de salida con una menor pérdida de energía, lo que proporciona una combinación sin precedentes de mejora del desempeño y eficiencia energética, en comparación con la generación anterior de transistores. 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 un bajo consumo energético, en comparación con los anteriores transistores planos de 32 nm de Intel. Esta ganancia sin precedente 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”, concluyó.
Continuando con el ritmo de la innovación: la Ley de Moore
Los 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 más complejo aún 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 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 para hacer transistores más pequeños. 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.
La primera demostración del mundo de transistores 3-D de 22 nm
El transistor 3-D Tri-Gate se implementará en el próximo proceso de fabricación de la compañía, llamado nodo de 22 nanómetros (nm), en función del tamaño de las características de transistores individuales. En el punto final de esta frase podrían caber más de seis millones de transistores “tri-gate” de 22 nm.
Intel mostró hoy el primer microprocesador de 22 nm del mundo en funcionamiento, cuyo nombre código es Ivy Bridge, funcionando en una laptop, en un servidor y en una computadora de escritorio. Ivy Bridge será el primer chip producido a gran escala que usará transistores 3-D y está programado para entrar en producción a finales de este año.
Este avance en tecnología de silicio también ayudará a entregar productos altamente integrados basados en procesadores Intel® AtomTM, que escalen el desempeño, la funcionalidad y la compatibilidad de software de la arquitectura Intel, al tiempo que cumplen los requisitos de consumo energético general, costo y tamaño para una amplia gama de necesidades de segmentos de mercado.