Лучше меньше, да лучше

30 августа корпорация Intel объявила о создании первой в мире полнофункциональной микросхемы памяти SRAM емкостью 70 Мбит, изготовленной по 65-нанометровому технологическому процессу.

30 августа корпорация Intel объявила о создании первой в мире полнофункциональной микросхемы памяти SRAM емкостью 70 Мбит, изготовленной по 65-нанометровому технологическому процессу. Кремниевый кристалл площадью около 110 кв. мм содержит более полумиллиарда (!) транзисторов (для сравнения, в Pentium 4 на 90-нанометровом ядре Prescott лишь 125 млн. транзисторов на такой же площади). Этот шаг призван продемонстрировать, что у Intel практически готов к промышленному внедрению новейший техпроцесс P1264 с нормами 65 нм и высочайшей степенью интеграции элементов на кристалле, тогда как основные конкуренты лишь начинают выпускать чипы по 90-нм технологии.

Напомним, что в конце ноября прошлого года корпорация первой объявила о создании ячеек статической памяти по нормам 65 нм с использованием некоторых новых технологических подходов и материалов (см. www.terralab.ru/system/30845). Что же изменилось с тех пор? Прежде всего, удалось перейти от отдельных экспериментальных 4-мегабитных чипов с не до конца определенными режимами работы и быстродействием к полнофункциональным 70-мегабитным кристаллам памяти, которые лягут в основу процессоров Intel, производимых по 65-нм технологии (а это свыше 8 Мбайт «бортовой» кэш-памяти!). Размер запоминающей ячейки остался прежним — 0,57 кв. мкм (или 0,1 кв. мкм на один транзистор). Не изменились и базовые характеристики технологии P1264 — эффективная длина затвора транзисторов 35 нм, оксид кремния в качестве подзатворного диэлектрика, использование напряженного кремния, восемь слоев медных межсоединений и диэлектрика с низкой диэлектрической проницаемостью, ультрафиолетовая литография с длиной волны 193 нм и использованием масок со смещением фазы и оптической коррекцией создаваемого рисунка (подробности см. по линку выше и на www.terralab.ru/ system/30717).

Вместе с тем был заметно модифицирован ряд технологических позиций, большинство которых направлено на борьбу с утечками, сильно возрастающими при уменьшении размеров транзисторов и росте их количества на кристалле. Во-первых, увеличена толщина подзатворного оксида — одного из главных параметров, влияющих на утечки в современных транзисторах. Если прежде для

65-нм техпроцесса предполагалось использовать оксид толщиной около 0,8 нм, то теперь — 1,2 нм (столько же, сколько в нынешних 90-нанометровых процессорах Intel Prescott, Dothan и Nocona). За счет этого удалось не только снизить утечки в расчете на один транзистор (поскольку примерно вдвое уменьшилась его площадь), но и повысить быстродействие (на 20% снижена емкость затворов транзисторов). Во-вторых, теперь в

65-нм техпроцессе используется усовершенствованный напряженный кремний («второго поколения», вслед за первым, который фигурирует в промышленном 90-нм техпроцессе). Он улучшает рабочий ток транзисторов на 30% (ранее — 10–20%). А утечки новых 65-нм транзисторов уменьшены вчетверо (по сравнению с текущими 90-нм транзисторами) при том же рабочем токе! Вместе все это обеспечило до 40% прироста рабочей частоты транзисторов, а также позволило заметно снизить ток потребления как в выключенном, так и в рабочем состоянии при напряжении питания около 1,0 В.

Дополнительным средством снижения утечек стало введение в схемы памяти так называемых sleep-транзисторов, отключающих питание отдельных блоков памяти при их бездействии (см. рис.). Это позволило еще втрое уменьшить утечки кристалла SRAM. В целом переход на 65-нм технологию позволяет повысить производительность микропроцессоров при неизменном или меньшем энергопотреблении, почти вдвое уменьшить площадь (и себестоимость) кристаллов прежнего дизайна или удвоить количество транзисторов на той же площади (как тут не вспомнить пресловутый закон Мура).

65-нанометровый техпроцесс был разработан на опытной фабрике D1D в Хиллсборо (штат Орегон) — самой современной сегодня у Intel. Там же изготовлены и упомянутые микросхемы памяти. Позднее кристаллы с использованием 65-нм техпроцесса и пластин диаметром 300 мм будут также выпускать интеловские Fab 12 в Аризоне и Fab 24 в Ирландии. Причем для перехода на 65 нанометров почти не нужно менять технологическое оборудование, поскольку используется та же самая ультрафиолетовая фотолитография с длиной волны излучения 193 нм, которая сейчас применяется для серийного производства 90-нанометровых кристаллов. Более подробную информацию о своей 65-нм технологии корпорация планирует обнародовать на научной конференции IEEE International Electron Devices Meeting, которая пройдет в середине декабря в Сан-Франциско.

Разумеется, Intel вряд ли станет массово производить и продавать 70-мегабитные чипы статической памяти, однако это достижение крайне важно, в частности, для использования в качестве кэш-памяти современных и будущих микропроцессоров. Ведь увеличение емкости кэш-памяти является одним из наиболее эффективных путей повышения их производительности, а площадь кристаллов новейших микропроцессоров все в большей степени определяется именно расположенной на них статической памятью (взять хотя бы тот же Dothan, где 2 Мбайт кэша занимают почти две трети площади кристалла). Ввод в строй и массовое производство чипов Intel по технологии 65 нм запланированы на 2005 год. Посмотрим, удастся ли корпорации избежать задержек с выходом новых процессоров, которые наблюдались в течение последнего года при запуске 90-нанометрового техпроцесса.