Obrázok 1 z 4
To neznamená, že sa nepriblížili. Keď Intel v roku 2005 prešiel zo svojho 90nm procesu na 65nm, stalo sa niečo veľmi neobvyklé. „Spočiatku nemalo 65nm žiadnu výhodu [výkonu] oproti 90nm,“ pripustil Maiz.
Napriek zdvojnásobeniu počtu tranzistorov na procesore nedošlo k žiadnemu zvýšeniu výkonu, pretože tranzistory unikali príliš veľa energie.
Moderné tranzistory sú v podstate jednoduchým spínačom, kde prúd tečie medzi zdrojom a kolektorom, keď hradlová elektróda v strede dosiahne určité napätie. V roku 2005 boli dielektriká brány – izolácia na spodnej časti brány – vyrobené z oxidu kremičitého (SiO2).
Ako sa tranzistory v priebehu rokov zmenšovali, zmenšila sa aj tenká vrstva oxidu kremičitého na hradle, až do bodu, keď bola hrubá len niekoľko atómových vrstiev. Materiál bol natiahnutý tak tenký, že prúd začal unikať cez izoláciu k elektróde brány, podobne ako kvapkajúci kohútik. A keď máte čo do činenia so stovkami miliónov netesných kohútikov na jednom procesore, stáva sa to obrovským problémom.
Intel vedel, že má problém dávno predtým, ako v roku 2005 uviedol na trh problémové 65nm procesory. Dva roky predtým spoločnosť oznámila svoje riešenie problému s netesnými bránami: kovová brána s vysokým kovom. To by znamenalo, že oxid kremičitý by bol nahradený materiálom „s vysokým k“ nazývaným hafnium.
Materiály s vysokou hodnotou k, ako je oxid hafničitý, oxid zirkoničitý a oxid titaničitý, dokážu pojať oveľa väčší náboj ako oxid kremičitý, rovnako ako špongia dokáže zadržať viac vody ako drevo.
Problém je vyriešený? Nie tak celkom. Hafnium sa nehrá dobre s polysilikónovým materiálom, ktorý bol použitý na elektródu brány, čo núti Intel zaviesť aj nový typ kovovej elektródy.
Enormne dobre vybaveným výskumníkom spoločnosti Intel trvalo päť rokov, kým našli dokonalú kombináciu materiálu s vysokým kovom a kovu elektródy pre svoje tranzistory a ďalšie štyri roky vývoja, kým bola pripravená na uvedenie na trh s prvým 45nm procesorov v roku 2007.
Napriek tomu sa podľa Maiza oplatilo čakať. „V mikroprocesoroch sa dnes možno 20 alebo 30 % energie míňa,“ povedal. Bez high-k metal gate tranzistorov by to „bolo 40 až 50 % na 45nm čipe“.
Keď sa napríklad pokúšate znížiť spotrebu energie v procesore smartfónu o zlomky wattu, tých 20 až 30 % ušetrenej energie je obrovský rozdiel.
Tmavý kremík
Hoci výrobcovia možno vyriešili problém netesných tranzistorov, teraz čelia inej výzve: na procesoroch novej generácie ich je jednoducho príliš veľa. Keďže Intel a ďalší plánujú prejsť na 22nm proces do roku 2011, počet tranzistorov na každom procesore exponenciálne rastie; Testovací 22nm čip Intel má napríklad 2,3 miliardy tranzistorov.
