Silicon On Insulator – вече не чак толкова нова технология
Преди не повече от няколко години за производителите на процесори беше достатъчно само да разработят маската за новият си модел и да започнат реалното производство и тестове. Разбира се, това е изключително опростен модел на схемата, но най-общо може да ни даде представа за това колко се е променил процесът на производство в последните няколко години. В серийно производство вече навлизат процеси като SOI, Strained Silicon, Low-K и др., които позволяват постигане на впечатляващи честоти.
Както вече отбелязах, в съвсем близкото минало за изработката на един процесор единствената нужна технология беше литографията. Няма да се впускам в обстоен преглед, само ще отбележа, че тя силно наподобява класическото ецване на печатните платки, при което се получават пътечките по тях. В последно време производителите на процесори прибягват до все по-нови технологични методи, за да могат да поддържат продуктите си на челно място. Разбира се, тук не става въпрос само за скорост и производителност, а и за много други неща – консумация на енергия, разсейвана топлина, себестойност, не на последно място – надеждност и т.н.
Един от доста широко използваните напоследък процеси е т.нар. Silicon On Insulator, или съкратено – SOI. Той далеч не е новаторски, и като разработка съществува още от “далечната” 1998 година.
SOI в детайли
Процесът първоначално е развит като идея и внедряване от IBM, като началото на проекта е поставено през 1998 г. По-късно – през 2000 г., компанията започва активното му прилагане при изработката на процесорите PowerPC G4 7455. Сред другите фирми, използващи SOI за производството на процесори, са AMD, Freescale, а вече и Intel. Но защо изобщо се стига до нуждата от този процес и каква е реалната полза от него?
Най-просто казано, работата на компютърния процесор се базира на превключването между различните положения на транзисторите в него. Извършването на различните операции става именно чрез тези превключвания, а комбинирането на все по-големи групи транзистори позволява извършването на все по-сложни задачи. Въпреки че това описание е изключително опростено, до известна степен дава представа за реалната работа, извършвана от процесора. Важната подробност в случая се явява скоростта, с която стават тези превключвания – при все по-зашеметяващите напоследък скорости на чиповете говорим за числа от порядъка на милиарди пъти в секунда.
За съжаление, колкото повече увеличаваме процеса на работа на транзисторите в процесора, толкова по-високо напрежение ще ни е нужно. Това се дължи на факта, че с увеличаването на честотата ясната граница между края на предходния сигнал и началото на следващия става все по-размита. Решението на този проблем е именно повишаването на напрежението, при което оперира съответната схема. Тук обаче разработчиците и производители на новите процесори се сблъскват със затруднението, довело до появата на SOI. При повишаване на напрежението се увеличават сериозно и утечките на ток от транзистора към неговата основа – силициевата подложка. От нея паразитните токове се прехвърлят към околните компоненти и схеми, причинявайки появата на грешки в работата на процесора, а нерядко и срив на системата.
При използването на SOI значително се редуцират утечките от елементите в процесора към неговата силициева подложка. Физически самият процес представлява нанасяне на изключително тънък слой върху силициевата подложка, върху която впоследствие се поставят елементите на процесора. Това, което прави схемата работеща, е фактът, че споменатият тънък слой има много висока диелектрична константа. Последното означава, че използваният материал служи като своеобразен изолатор между транзистора и силиция под него. Обикновено за тази цел служи силициев диоксид, а в някои по-специфични условия – сапфир.
Процесът на изработка на слоя силициев диоксид всъщност е сравнително елементарен – пластината се подлага на пътя на поток от кислородни йони, при което повърхностният й слой буквално се обогатява с тях. Следва процес на изпичане на силиция, при който като краен резултат имаме готов слой от силициев диоксид в кристалния субстрат. След това пластината се шлифова до постигане на нужната дебелина на този слой и се пристъпва към изработката на самия процесор.
Предимства и недостатъци на SOI
Преди да обърнем внимание на предимствата и недостатъците на технологията като такава, нека погледнем едно многообещаващо приложение на SOI. To представлява използването на транзисторите в процесорите със SOI като кондензатори. Тъй като те са положени върху изолатор, под който е наличен проводник, получената в крайна сметка схема реално представлява кондензатор. А какво друго има в чиповете памет, ако не кондензатори? Ето защо при производството на процесор по технологията SOI на практика като краен резултат имаме огромно количество неизползвани клетки памет.
След като през 2005 г. технологията за създаване на кондензатори чрез SOI e разработена и лицензирана от Innovative Silicon, през 2007 г. компанията дава лиценз и на Hynix Semiconductor. На практика памет, произведена чрез SOI, щe притежава от 1,5 до 2 пъти по-висока плътност при същата скорост и консумация на енергия в сравнение с класическите DRAM чипове. В същото време себестойността на SOI паметта ще бъде значително по-ниска поради специфични за технологията процеси.
Както всеки друг новаторски метод, процесът SOI също има своите слаби и силни страни. Сред основните му недостатъци е доста високата цена на изработените по този начин силициеви пластини – става въпрос за почти двойно по-висока себестойност на продукта. Голям друг недостатък на SOI е доста по-ниската способност на силициевия двуокис да отдава топлина. За разлика от чистия силиций, двуокисът му има над 2 пъти по-малка способност за топлопренасяне. Ето защо процесорите, произведени по технология с използване на SOI имат значително по-високи нива на топлоотделяне.
Що се отнася до положителните страни на процеса, те са доста солидни. Производството на процесори със SOI позволява намаляване на тяхната консумация на енергия от 1,7 до 3 пъти, като същевременно скоростта им се увеличава с 25–35 %.
Добрил Доков
Добави към любимиПоследни коментари
Няма добавени коментари!Добави коментар
Ако желаете да добавите коментар моля влезте, използвайки формата вляво.Ако не сте регистрирани това може да направите тук!
