Зачем уменьшать размеры транзисторов, Как делают микросхемы - Характеристика процессоров различных архитектур

Одновременно с увеличением количества транзисторов улучшаются почти все параметры микропроцессорной технологии, главные из которых -- скорость, производительность и энергопотребление. Так, процессор i486 работал на тактовой частоте 25 МГц. Современные процессоры Pentium 4 имеют тактовые частоты уже более 3 ГГц. Процессор с миллиардом транзисторов, как ожидается, будет работать на частоте, приближающейся к 20 ГГц.

Вообще же, если считать, что длина затвора транзистора уменьшается в M раз, то в такое же количество раз уменьшается рабочее напряжение затвора. Кроме того, в M раз возрастает скорость работы транзистора и квадратично увеличивается плотность размещения транзисторов на кристалле, а рассеиваемая мощность уменьшается в M2 раз (табл. 2).

Таблица 2. Изменение характеристик транзистора при уменьшении его геометрических размеров

Уменьшение размеров транзисторов -- это фактически единственный способ увеличения производительности процессоров. Однако реализовать это на практике не так-то легко.

Как делают микросхемы

Чтобы понять, в чем заключается основное различие между этими двумя технологиями, необходимо сделать краткий экскурс в саму технологию производства современных процессоров или интегральных микросхем.

Как известно из школьного курса физики, в современной электронике основными компонентами интегральных микросхем являются полупроводники p-типа и n-типа (в зависимости от типа проводимости). Полупроводник -- это вещество, по проводимости превосходящее диэлектрики, но уступающее металлам. Основой полупроводников обоих типов может служить кремний (Si), который в чистом виде (так называемый собственный полупроводник) плохо проводит электрический ток, однако добавление (внедрение) в кремний определенной примеси позволяет радикально изменить его проводящие свойства. Существует два типа примеси: донорная и акцепторная. Донорная примесь приводит к образованию полупроводников n-типа c электронным типом проводимости, а акцепторная -- к образованию полупроводников p-типа с дырочным типом проводимости. Контакты p - и n-полупроводников позволяют формировать транзисторы -- основные структурные элементы современных микросхем. Такие транзисторы, называемые КМОП-транзисторами, могут находиться в двух основных состояниях: открытом, когда они проводят электрический ток, и запертом -- при этом они электрический ток не проводят. Поскольку КМОП-транзисторы являются основными элементами современных микросхем, поговорим о них подробнее.

Похожие статьи




Зачем уменьшать размеры транзисторов, Как делают микросхемы - Характеристика процессоров различных архитектур

Предыдущая | Следующая