Intel memproduksi prototype prosesor pertama dengan transistor 45 Nanometer kecil terbaru, mempercepat era komputasi multi-core

Pada satu dari kemajuan terbesar dalam desain transistor fundamental, Intel Corporation, Senin (29/1), mengumumkan menggunakan dua material baru untuk membuat lapisan pelindung (insulating walls) dan switching gates untuk transistor 45 nanometer (nm). Ratusan juta transistors – atau switches – berukuran mikroskopis akan berada pada produk prosesor Intel ® Core™ 2 Duo, Intel® Core 2 Quad dan Xeon® generasi berikutnya. Intel juga mengumumkan memiliki 5 produk versi awal yang sudah berjalan – pertama dari lima belas produk prosesor 45 nm yang direncanakan dari Intel.

Pencapain ini memungkinkan Intel untuk terus memberikan record-breaking PC (PC pemecah rekor), kecepatan prosesor untuk laptop dan server, dengan tetap mengurangi jumlah kebocoran elektrik (electrical leakage) dari transistor yang bisa menghambat desain chip dan PC, ukuran, konsumsi energi, suara dan biaya. Hal ini juga untuk menjamin Hukum Moore, sebuah aksioma industri teknologi tinggi yang menyebutkan bahwa transistor berkembang dua kali lipat setiap dua tahun, berkembang pada dekade berikutnya.

Intel percaya telah meluaskan kepemimpinanya lebih dari satu tahun dibandingkan industri semikonduktor lainnya dengan prosesor 45nm dari jajaran produk 45nm generasi berikutnya – yang diberinama ”Penryn”. Versi awal, yang ditargetkan untuk lima segmen pasar komputer yang berbeda, menjalankan Windows Vista, Mac OS X, Windows XP dan Linux., dan juga sejumlah aplikasi. Intel tetap berada pada jalurnya untuk produksi 45nm pada paruh kedua tahun ini.

Transistor Intel Mendapatkan Perubahan “High-k dan Metal Gate” Pada 45nm

Intel menjadi yang pertama yang akan mengimplementasikan kombinasi inovatif dari material-material baru yang secara dramatis mengurangi kebocoran transistor (transistor leakage) dan meningkatkan kinerja pada teknologi proses 45nm. Intel akan menggunakan material baru yang disebut high-k, untuk transistor gate dielectric, dan kombinasi baru material logam untuk transistor gate electrode

“Implementasi high-k dan material logam menandai perubahan terbesar dalam teknologi transistor sejak diperkenalkannya polysilicon gate MOS transistor pada akhir 60-an,” ujar Intel Co-Founder Gorden Moore

Transistor adalah switch kecil yang memproses nol dan satu di dunia digital. Gerbang (gate) ini mengubah transistor dalam posisi on dan off dan gate dielectric adalah sebuah insulator dibawahnya yang memisahkannya dari channel dimana arus mengalir. Kombinasi metal gates dan high-k gate dielectric menghasilkan transistor dengan kebocoran arus sangat rendah dan mencatat kinerja tinggi.

“Dengan semakin banyaknya transistor yang dibenamkan pada sebuah keping silikon, industri ini terus melakukan riset untuk mencari solusi pengurangan kebocoran arus,” ujar Mark Bohr, salah seorang senior di Intel. “Sementara itu insinyur dan disainer kami telah melakukan pencapaian yang luar biasa yang menjamin kepemimpinan produk dan inovasi Intel. Implementasi kami untuk high-k dan metal gate transistor untuk teknologi proses 45nm akan membantu Intel dalam memberikan produk multi-core yang lebih cepat dan lebih hemat energi yang dibuat diatas prosesor Intel Core 2 dan jajaran Xeon; dan meluaskan Hukum Moore pada dekade berikutnya.”

Sebagai perbandingan, lebih kurang 400 buah transistor 45nm dapat dibenamkan dalam sebuah permukaan yang berukuran sebesar satu sel darah merah manusia. Pada satu dekade lalu, teknologi tercanggih adalah 250nm, yang berarti dimensi transistornya 5.5 kali ukuran dan 30 kali area dibandingkan teknologi yang diumumkan oleh Intel hari ini.

Ketika jumlah transistor pada sebuah chip berlipat ganda setiap dua tahun sesuai dengan Hukum Moore, Intel mampu melakukan inovasi dan mengintegrasikan, menambah lebih banyak fitur dan inti proses komputasi, meningkatkan kinerja, dan menurunkan biaya manufaktur dan biaya per transistor. Untuk mempertahankan langkah inovasi ini, transistor harus terus mengecil ukurannya. Akan tetapi, dengan menggunakan material saat ini, kemampuan untuk mengecilkan ukuran transistor mencapai batas fundamentalnya karena masalah daya yang meningkat dan panas yang terjadi ketika ukuran mencapai tingkat atomis. Sebagai hasilnya, menggunakan material baru ini mutlak dilakukan untuk masa depan Hukum Moore dan ekonomi dari abad informasi

Resep High-k, Metal Gate dari Intel untuk Teknologi Proses 45nm

Silikon dioksida telah digunakan untuk membuat transistor gate dielectric selama lebih dari 40 tahun dikarenakan kemudahan dalam proses manufaktur dan kemampuan untuk memberikan perbaikan kinerja yang berkelanjutan karena ukurannya yang semakin tipis. Intel telah berhasil menciutkan ukuran silicon dioxide gate dielectric menjadi berukuran 1,2nm – atau setara dengan lima lapisan atomis – pada teknologi proses 65nm kami sebelumnya, tetapi penciutan yang berkelanjutan ini berkibat kebocoran arus yang meningkat melalui gate dielectric, yang berakibat arus listrik yang terbuang dan panas yang tidak diperlukan

Kebocoran gerbang transistor (gate leakage) berhubungan dengan ever-thinning silicon dioxide gate dielectric dikenal industri sebagai salah satu tantangan teknis yang dihadapi oleh Hukum Moore. Untuk memecahkan masalah kritis ini, Intel mengganti silicon dioxide dengan material high-k berbasis hafnium yang lebih tebal di gate dielectric, yang berhasil mengurangi kebocoran lebih dari 10 kali dibandingkan denan silicon dioxide yang digunakan lebih dari empat dekade

Karena high-k gate dielectric tidak cocok dengan silicon gate electrode saat ini, bagian kedua dari resep material transistor 45nm dari Intel adalah pengembangan material metal gate baru. Sementara logam khusus yang digunakan Intel masih menjadi rahasia, Intel akan menggunakan kombinasi material logam yang berbeda untuk transistor gate electrodes.

Kombinasi dari high-k gate dielectric dengan metal gate untuk teknologi proses 45nm memberikan peningkatan lebih dari 20% untuk aliran arus, atau kinerja transistor yang lebih tinggi. Kebalikannya, hal ini mengurangi source-drain leakage lebih dari lima kali sehingga meningkatkan efisiensi energi untuk transistor.

Teknologi proses 45nm juga meningkatkan densitas transistor kurang lebih dua kali dibandingkan generasi sebelumnya, memungkinkan Intel untuk meningkatkan jumlah transistor secara keseluruhan atau membuat prosesor lebih kecil. Karena transistor 45nm lebih kecil dari generasi sebelumnya, dibutuhkan energi yang lebih sedikit untuk berpindah dari status on dan off, sehingga mengurangi daya active switching sebesar 30%. Intel akan menggunakan kabel tembaga dengan low-k dielectric untuk interconnect 45nm untuk kinerja yang lebih tinggi dan konsumsi energi yang lebih rendah. Intel juga akan menggunakan aturan disain inovatif dan teknik pelindung yang lebih maju untuk meluaskan penggunaan 193nm dry lithography untuk memproduksi prosesor 45nm karena keuntungan dari segi biaya dan kemampuan manufakturing yang bisa diperoleh.

Penryn akan memberikan kinerja energi yang lebih efisien

Keluarga prosesor Penryn adalah derivatif dari Intel Core microarchitecture dan menandai tempo yang cepat dari Intel dalam meluncurkan teknologi proses baru dan microarchitecture baru setiap tahunnya. Kombinasi dari teknologi proses 45nm, kemampuan manufakturing dalam volume tinggi dan disain microarchitecture terdepan memungkinkan Intel untuk mengembangkan processor Penryn 45nm.

Intel memiliki lebih dari 15 produk yang berbasiskan 45nm dalam pengembangan untuk desktop, workstation, dan enterprise. Dengan lebih dari 400 juta transistor untuk dualcore prosesor dan lebih dari 800 juta untuk quad-core, jajaran produk prosesor Penryn 45nm memasukkan fitur microarchitecture baru untuk kinerja yang lebih tinggi dan kemampuan manajemen daya, serta kecepatan inti (core) yang lebih tinggi dan cache yang mencapai 12 megabytes. Desain Penryn juga membawa lebih kurang 50 instruksi Intel SSE4 baru yang meluaskan kemampuan dan kinerja untuk media dan aplikasi komputasi kinerja tinggi.