Όπως έχει αναφερθεί πολλές φορές, κάτι πρέπει να γίνει με ένα τρανζίστορ μικρότερο από 5 nm. Σήμερα, οι κατασκευαστές τσιπ παράγουν τις πιο προηγμένες λύσεις χρησιμοποιώντας κάθετες πύλες FinFET. Τα τρανζίστορ FinFET μπορούν ακόμα να παραχθούν χρησιμοποιώντας τεχνικές διαδικασίες 5 nm και 4 nm (ό,τι κι αν σημαίνουν αυτά τα πρότυπα), αλλά ήδη στο στάδιο της παραγωγής ημιαγωγών 3 nm, οι δομές FinFET σταματούν να λειτουργούν όπως θα έπρεπε. Οι πύλες των τρανζίστορ είναι πολύ μικρές και η τάση ελέγχου δεν είναι αρκετά χαμηλή ώστε τα τρανζίστορ να συνεχίσουν να εκτελούν τη λειτουργία τους ως πύλες σε ολοκληρωμένα κυκλώματα. Ως εκ τούτου, η βιομηχανία και, ειδικότερα, η Samsung, ξεκινώντας από την τεχνολογία διεργασιών των 3nm, θα στραφούν στην παραγωγή τρανζίστορ με δακτυλιοειδείς ή ολόπλευρες πύλες GAA (Gate-All-Around). Με ένα νέο δελτίο τύπου, η Samsung μόλις παρουσίασε ένα οπτικό infographic σχετικά με τη δομή των νέων τρανζίστορ και τα πλεονεκτήματα της χρήσης τους.
Όπως φαίνεται στην παραπάνω εικόνα, καθώς τα πρότυπα κατασκευής έχουν μειωθεί, οι πύλες έχουν εξελιχθεί από επίπεδες κατασκευές που θα μπορούσαν να ελέγχουν μια ενιαία περιοχή κάτω από την πύλη, σε κατακόρυφα κανάλια που περιβάλλονται από μια πύλη στις τρεις πλευρές και τελικά κινούνται πιο κοντά σε κανάλια που περιβάλλονται από πύλες με και οι τέσσερις πλευρές. Ολόκληρη αυτή η διαδρομή συνοδεύτηκε από αύξηση της περιοχής πύλης γύρω από το ελεγχόμενο κανάλι, γεγονός που επέτρεψε τη μείωση της τροφοδοσίας των τρανζίστορ χωρίς να διακυβεύονται τα τρέχοντα χαρακτηριστικά των τρανζίστορ, οδηγώντας επομένως σε αύξηση της απόδοσης των τρανζίστορ και μείωση των ρευμάτων διαρροής. Από αυτή την άποψη, τα τρανζίστορ GAA θα γίνουν μια νέα κορώνα δημιουργίας και δεν θα απαιτήσουν σημαντική επανεπεξεργασία των κλασικών τεχνολογικών διαδικασιών CMOS.
Τα κανάλια που περιβάλλονται από την πύλη μπορούν να παραχθούν είτε με τη μορφή λεπτών γεφυρών (νανοσύρματα) είτε με τη μορφή φαρδιών γεφυρών ή νανοσελίδων. Η Samsung ανακοινώνει την επιλογή της υπέρ των νανοσελίδων και ισχυρίζεται ότι προστατεύει την ανάπτυξή της με διπλώματα ευρεσιτεχνίας, αν και ανέπτυξε όλες αυτές τις δομές ενώ εξακολουθεί να συνάπτει συμμαχία με την IBM και άλλες εταιρείες, για παράδειγμα, με την AMD. Η Samsung δεν θα ονομάσει τα νέα τρανζίστορ GAA, αλλά την αποκλειστική ονομασία MBCFET (Multi Bridge Channel FET). Οι σελίδες ευρείας καναλιού θα παρέχουν σημαντικά ρεύματα, τα οποία είναι δύσκολο να επιτευχθούν στην περίπτωση των καναλιών νανοσύρματος.
Η μετάβαση σε πύλες δακτυλίου θα βελτιώσει επίσης την ενεργειακή απόδοση των νέων δομών τρανζίστορ. Αυτό σημαίνει ότι η τάση τροφοδοσίας των τρανζίστορ μπορεί να μειωθεί. Για τις δομές FinFET, η εταιρεία ονομάζει το όριο μείωσης ισχύος υπό όρους 0,75 V. Η μετάβαση στα τρανζίστορ MBCFET θα μειώσει αυτό το όριο ακόμη χαμηλότερα.
Η εταιρεία αποκαλεί το επόμενο πλεονέκτημα των τρανζίστορ MBCFET εξαιρετική ευελιξία λύσεων. Έτσι, εάν τα χαρακτηριστικά των τρανζίστορ FinFET στο στάδιο παραγωγής μπορούν να ελεγχθούν μόνο διακριτικά, βάζοντας έναν ορισμένο αριθμό άκρων στο έργο για κάθε τρανζίστορ, τότε ο σχεδιασμός κυκλωμάτων με τρανζίστορ MBCFET θα μοιάζει με τον καλύτερο συντονισμό για κάθε έργο. Και αυτό θα είναι πολύ απλό: θα αρκεί να επιλέξετε το απαιτούμενο πλάτος των καναλιών νανοσελίδων και αυτή η παράμετρος μπορεί να αλλάξει γραμμικά.
Για την παραγωγή τρανζίστορ MBCFET, όπως προαναφέρθηκε, η κλασική τεχνολογία διεργασιών CMOS και ο βιομηχανικός εξοπλισμός που είναι εγκατεστημένοι στα εργοστάσια είναι κατάλληλοι χωρίς σημαντικές αλλαγές. Μόνο το στάδιο επεξεργασίας των πλακών πυριτίου θα απαιτήσει μικρές τροποποιήσεις, κάτι που είναι κατανοητό, και αυτό είναι όλο. Από την πλευρά των ομάδων επαφής και των στρωμάτων επιμετάλλωσης, δεν χρειάζεται καν να αλλάξετε τίποτα.
Συμπερασματικά, η Samsung για πρώτη φορά δίνει μια ποιοτική περιγραφή των βελτιώσεων που θα φέρει μαζί της η μετάβαση στην τεχνολογία διεργασίας 3nm και στα τρανζίστορ MBCFET (για να διευκρινίσουμε, η Samsung δεν μιλάει ευθέως για την τεχνολογία διεργασίας 3nm, αλλά προηγουμένως ανέφερε ότι η τεχνολογία διεργασίας 4nm θα εξακολουθεί να χρησιμοποιεί τρανζίστορ FinFET). Έτσι, σε σύγκριση με την τεχνολογία διεργασίας FinFET των 7 nm, η μετάβαση στη νέα νόρμα και το MBCFET θα προσφέρει 50% μείωση στην κατανάλωση, 30% αύξηση στην απόδοση και 45% μείωση στην επιφάνεια του τσιπ. Όχι «είτε, είτε», αλλά συνολικά. Πότε θα συμβεί αυτό? Μπορεί να συμβεί μέχρι το τέλος του 2021.
Πηγή: 3dnews.ru