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Archiv verlassen und diese Seite im Standarddesign anzeigen : 45nm vs Hafnium, welches von beiden ist wichtiger in Bezug auf Senkung des Stromverbrauchs?



Ette Weder
19.02.2008, 19:40
Allgemein geht mit einem Shrink auch eine Senkung des Stromverbrauchs einher, ebenso eine Erhöhung der maximalen Taktfrequenz. Nun war aber der Shrink auf 45nm nicht die einzige Neuerung, es kam auch das neuartige Material Hafnium hinzu. Meine Frage wäre, ob in diesem Falle das Hafnium oder der Shrink einen grösseren Einfluss auf die Senkung der TDP hat?

Martin Strobel
19.02.2008, 20:26
Ich muss hier ein wenig ausholen...

Natürlich verdoppelt sich die Transistorendichte etwa alle 24 Monate nach dem Mooreschen Gesetz und damit werden die Transistoren konsequent kleiner und pro Fläche stehen Transistoren in immer höherer Anzahl zur Verfügung. Die Verkleinerung der Strukturbreiten auf dem Chip erlauben niedrigere Versorgungsspannungen und ermöglichen eine Kombination aus schnelleren und energieeffizienteren Transistoren.

Die Verkleinerung der Transistoren auf eine Strukturbreite von 45nm war allerdings eine Herausforderung für die Entwicklungsingenieure von Intel. Das Gate-Dielectric, eine Isolatorschicht im Transistor, war bei den 90nm Transistoren bereits nur noch 1,2 nm oder fünf Atomlagen dick - fast zu dünn um seiner Aufgabe gerecht zu werden. Das Gate-Dielectric isoliert das Gate vom Channel und soll Leckströme verhindern die zu unnötigem Stromverbrauch und Wärmeentwicklung führen.

Der seit mehr als 40 Jahren aus Silizium bestehende Gate-Stack (Gate und Gate-Dielectric) wurde durch neue Materialien ausgetauscht. Die Isolatorschicht basiert nun auf Hafnium, das Gate aus einem Metall. Das relativ dickere Hafnium Gate-Dielectric weist eine höhere Kapazität zur Speicherung von Ladung auf (hohe Dielektrizitätszahl; High-k) ist aber trotzdem noch elektrisch dünn um hohe Schaltgeschwindigkeiten zu erlauben. Da das herkömmlich aus Silizium bestehende Gate nicht mit dem neuen Isolatormaterial harmoniert, wurde das Silizium-Gate gegen ein Gate aus Metall ausgetauscht.

Die neuen 45nm Hi-K Metal Gate Silizium Prozessoren werden den zugeführten Strom effizienter nutzen können. Die neuen Prozessoren werden etwa 30% weniger Schaltstrom benötigen, eine mehr als 20% höhere Schaltgeschwindigkeit erlauben oder fünfmal weniger Leckströme verursachen. Ohne die Einführung von Hafnium wäre 45nm gar nicht erst möglich gewesen. Mehr zur 45nm Fertigung ist hier in diesem Artikel zu lesen: http://spectrum.ieee.org/oct07/5553

Ette Weder
19.02.2008, 20:35
Na, dann freue ich mich schon auf mein zukünftiges Notebook auf Hafniumprozessorbasis. :-)
Aber neugierig bin ich jetzt doch geworden und ich hoffe, ich erfrage kein Firmengeheimnis: Die Iso-Schicht besteht jetzt aus Hafnium und das Gate aus Metall (statt wie bisher aus Silizium) - da stellt sich mir natürlich prompt die Frage: Aus welchem Metall?

Martin Strobel
19.02.2008, 20:42
Wir denken das andere Halbleiterhersteller auch irgendwann mit Hafnium in Ihren Transistoren auf den Markt kommen werden. Das Metall im Gate ist daher der große Differenzierungsfaktor! Und das Geheimnis wird vorerst nicht verraten:)