Главные события прошедшей недели. Выпуск 87

После громкого анонса мобильных телефонов Apple iPhone 3G S, которому мы посвятили практически весь выпуск предыдущего новостного дайджеста, пришло время взглянуть на положение дел на рынке интегральных микросхем. Причем мы коснемся темы не только центральных и графических процессоров, но и тенденций развития микроэлектроники в ближайшем будущем. Именно они стали основной темой для обсуждения на конгрессе Symposium on VLSI, который прошел на этой неделе в японском городе Киото. Остановиться на достижениях исследователей в области микро-, а уже даже и наноэлектроники, стоит по той причине, что именно сейчас закладывается фундамент для интегральных схем, с которыми потребитель столкнется через несколько лет. Впрочем, начнем мы разговор с уже практически готовых к выходу на мировой рынок продуктов - мобильных графических процессоров компании NVIDIA. Прошедшая неделя предоставила подробную информацию о характеристиках грядущих видеочипов NVIDIA, на базе которых будут выпускаться видеокарты для мобильных компьютеров. Дополнительный интерес к этим продуктам подогревается их уникальными характеристиками, впрочем, уникальными лишь для модельного ряда процессоров NVIDIA. Дело в том, что компания впервые для себя реализовала поддержку DirectX 10.1 и перешла на 40-нм технологический процесс при изготовлении кристаллов. К тому же, процессоры теперь получили поддержку высокоскоростной графической памяти стандарта GDDR5. Стоит отметить, что даже такая мощная видеокарта для настольных персональных компьютеров, как NVIDIA GeForce GTX 295, обладает поддержкой DirectX 10 и работает с графической памятью стандарта GDDR3. С этой точки зрения, мобильные процессоры можно считать самыми передовыми среди всей продукции компании NVIDIA, что выглядит несколько забавным - обычно освоение новейших технологий, в том числе и нового техпроцесса, начинается с видеокарт для настольных ПК. Однако здесь у NVIDIA случилась некоторая заминка - первые 40-нм графические процессоры для десктопов пока не готовы выйти на рынок из-за слишком высокого процента бракованных кристаллов; а флагман модельного ряда GT300 выйдет и вовсе в следующем году. Тогда же мы и увидим одновременно поддержку DirectX 10.1, памяти GDDR5 и 40-нм техпроцесс в сегменте "настольных" видеокарт, но все это уже сегодня оказывается реализованным в "мобильной" продукции. Впрочем, появление передовых графических процессоров для ноутбуков сулит для компании NVIDIA дальнейшее усиление в секторе дискретной мобильной графики. Сейчас компания удерживает лидерство, и выпуск сразу пяти высокотехнологичных новинок придаст новый импульс в деле увеличения своей рыночной доли.

Графический процессор NVIDIA GeForce GT 240M.

Итак, мобильными новинками NVIDIA являются графические процессоры серии GeForce 200M: G210M, 230M и GT 240M, а также GeForce GT 250M и GT 260M. Что интересно, последние две модели нельзя рассматривать в качестве флагманов модельного ряда, ведь чуть ранее компания выпустила 55-нм процессоры GeForce GTX 260M и GTX 280M. Однако если сравнивать GT 260M и GTX 260M, то, скорее всего, преимущество окажется на стороне 40-нм видеочипа. В плане производительности оба варианта практически идентичны друг другу - меньшее количество потоковых процессоров модели GT 260M нивелируется за счет перехода на более прогрессивную технологию изготовления и использование более быстрой графической памяти. К тому же, GT 260M может оказаться и экономичнее своего "старшего брата".

Графический процессор NVIDIA GeForce GT 260M.

Характеристики моделей GeForce G210M, GeForce GT 230M, GT 240M, GT 250M и GT 260M: Позиционирование мобильных графических процессоров и видеокарт на их основе следует из их технических характеристик: модель G210M представляет собой вариант для ноутбуков среднего уровня, модели GT 230M и GT 240M для более производительных моделей; и модели GT 250M и GT 260M предназначены для мощных систем, в том числе и игровых. Согласно заявлению компании NVIDIA, уже к концу нынешнего года в продаже появятся более сотни моделей мобильных персональных компьютеров, оснащенных новой 40-нм графикой. При этом проблем с производством процессоров по новой технологии нет, а значит, и дефицита с поставками готовой продукции не ожидается. Компания также заявляет, что является крупнейшим партнером TSMC - около восьмидесяти процентов 40-нм микросхем изготовлены именно по заказу NVIDIA. По всей видимости, остальные двадцать процентов приходятся на настольные графические процессоры компании AMD. Впрочем, стоит отвлечься от потребительской продукции в сторону вещей куда более значимых для развития всей отрасли микроэлектроники. В японском городе Киото состоялся конгресс, в ходе которого ведущие инженеры исследовательских лабораторий со всего мира рассказывали о своих достижениях. В том числе о том, в каком направлении необходимо двигаться, чтобы и в дальнейшем выпускать все более миниатюрные интегральные микросхемы. Другими словами, обсуждались основы, без которых переход на более прецизионные техпроцессы попросту невозможен. Одной из важнейших проблем становится необходимость снижения толщины слоя диэлектрика между затвором и каналом полевого транзистора. В данном случае речь идет о так называемых МДП-транзисторах (MOSFET). Эта задача, оказывается, не так проста, как кажется. Виновниками здесь становятся атомы кислорода, которые входят в состав двуокиси гафния, играющего роль изолятора полевого транзистора. Атомы кислорода имеют тенденцию "мигрировать" за область диэлектрика, "загрязняя" собой остальную структуру транзистора, особенно пограничные области. В результате, инженерам не удается создать достаточно "тонкие" транзисторы, которые можно было бы изготавливать с применением 22-нм и более прецизионной литографии - изначально сформированная структура начинает изменяться, изменяются и ее свойства, причем далеко не в лучшую сторону. Одновременно с этим меняется и геометрия всей структуры - изначально четкие границы диэлектрика становятся все более расплывчатыми, появляются промежуточные зоны и т.д. Впрочем, сотрудники компаний GlobalFoundries и IBM Research нашли выход из положения, внедрив в структуру диэлектрика материал, связывающий атомы кислорода и позволяющий создать достаточно тонкий слой изолятора.

Структура транзисторов GlobalFoundries и IBM, зависимость выходных параметров от снижения толщины слоя диэлектрика.

По словам разработчиков, толщина слоя диэлектрика не превышает одного нанометра, а значит, оказывается возможным создание транзисторов с применением 22-нм техпроцесса. Однако снижение толщины диэлектрика не только положительно влияет на размеры транзистора - заметно улучшаются электронные характеристики транзисторов, пропускающие через себя больший ток при меньшем приложенном напряжении. Отсюда следует, что возрастает производительность уже готовых интегральных микросхем, а значит, будущие 22-нм полупроводниковые устройства, в том числе и процессоры, станут еще более мощными. К сожалению, разработчики пока не стали раскрывать, какой именно материал используется в качестве связывающего атомы кислорода агента. Видимо, это коммерческая тайна, заполучив которую, конкуренты смогут легко добиться тех же результатов, на которые у GlobalFoundries и IBM ушли месяцы работы и инвестиции в размере миллионов долларов.

Структура германиевых транзисторов Toshiba.

Инженеры GlobalFoundries и IBM Research проводили свои эксперименты с интегральными микросхемами на основе кремния. Однако не менее интересна и разработка сотрудников японской компании Toshiba, которые решили отказаться от кремния и перейти на использование полупроводникового германия как основы будущих ИС. Дело в том, что германий имеет целый ряд преимуществ перед кремнием, в частности, выше подвижность носителей заряда, положительно влияющая на характеристики готовых устройств. Однако использование германия сопряжено с целым рядом технологических трудностей, и поэтому в массовой электронике он почти не используется. Но в будущем, по всей видимости, от услуг германия не обойтись. Поэтому инженеры Toshiba решили начать работы с этим элементом заранее, готовясь к выпуску германиевых микросхем, изготовленных по 16-нм техпроцессу. Как оказалось, и здесь инженерам приходится преодолевать схожие трудности, с которыми столкнулись сотрудники GlobalFoundries и IBM Research, а именно - нужно резко снижать толщину слоя диэлектрика. При создании 16-нм микросхемы обязательным условием становится толщина диэлектрика, котора не должна превышать 0,5 нанометра. В отличие от разработки GlobalFoundries и IBM Research, сотрудники Toshiba нашли другое решение схожей проблемы - формирование тончайшего слоя, разделяющего полупроводниковый германий и диэлектрик. В качестве материала для этого промежуточного слоя выступил германид стронция - SrGe. Интересна технология получения этого соединения. На полупроводниковый германий наносят тончайший слой стронция - его толщина составляет всего десять атомов металла - и уже затем сверху формируется структура диэлектрика. Затем вся полученная структура нагревается в инертной азотной атмосфере, чтобы предотвратить загрязнение чистейших материалов. Внутри структуры происходят физико-химические процессы, результатом которых становится создание связей между атомами германия и стронция - формируется тонкий слой германида стронция. Указанная технология позволяет создать миниатюрные и высокопроизводительные транзисторы со свойствами, заметно лучшими, нежели достигнуты сегодня для кремниевых транзисторов. Но главное то, что разработка может стать фундаментом для технологии создания высокоинтегрированных 16-нм микросхем, которые лягут в основу электроники следующего поколения. Впрочем, стоит отвлечься от высоких материй и обратить свое внимание на позиционирование новейших центральных процессоров Intel, о которых компания на этой неделе поведала общественности.

Intel Core i7.

Речь идет о торговых марках Intel Core i7, Core i5 и Core i3. Все остальные - Core 2 Duo, Core 2 Quad и другие, использоваться не будут. Впрочем, это к лучшему, ведь теперь различить центральные процессоры различных ценовых категорий становится очень просто. Под брендом Core i3 на рынок будут поставлять мэйнстрим-продукты, под маркой Core i5 - производительные модели, а брэнд Core i7 зарезервирован под высокопроизводительные процессоры для энтузиастов. Что не менее важно, разделение по категориям будет осуществляться на основе технических характеристик процессоров (рабочей частоты, объему кэш-памяти, количеству ядер и пр.), и не будет никак связано с их архитектурой. То есть, продукты нового поколения будут продаваться как под брендом Core i7, так и под торговой маркой Core i5, а если появятся и маломощные "урезанные" варианты, то и под Core i3. Отметим, что изменения не коснутся бюджетных процессоров семейств Intel Pentium и Intel Celeron.