65 nm a 45 nm: explicación de la tecnología de proceso

El titular más importante sobre el Core 2 Extreme QX9650 es que es el primer procesador de escritorio de Intel que utiliza un proceso de producción de 45 nm. La generación anterior de CPU de escritorio de la compañía se produjo utilizando un proceso de 65 nm. Pero, ¿por qué es tan importante este cambio y qué significa para el negocio del procesador?

Die shrink another day

Los avances de fabricación de CMOS trazan la historia de las CPU tanto como los diseños de los propios procesadores. Cada reducción en el tamaño de los transistores microscópicos, que componen la CPU, significa que se pueden instalar más en el mismo espacio, con una serie de implicaciones.

En el nivel más básico, ni siquiera podría hacer los diseños de procesadores actuales con las tecnologías de proceso de hace solo unos años : serían inviablemente masivos. El 386 tenía solo 275.000 transistores. El Core 2 Extreme QX9650 de Intel tiene alrededor de 800 millones , casi 3000 veces más. Usando el proceso de producción de 1 µm del 386, el QX9650 sería de aproximadamente un pie cuadrado.

Los requisitos de energía son otro problema. Los transistores más pequeños consumen menos vatios de ciclo, lo que significa que, de nuevo, prácticamente puede tener más de ellos que con una tecnología de proceso más grande.

Si inventara suficientes transistores para un QX9650 con 386s, consumirían alrededor de 3000W; sin embargo, un PC Core 2 Extreme QX9650 completo, incluidos otros componentes, solo requiere un poco más de 200W a plena carga.

Por qué más pequeño es mejor

Un menor consumo de energía tiene otro efecto secundario útil. Si sus transistores consumen menos vatios, no se calentarán tanto. Para que pueda ejecutarlos a una frecuencia más alta sin quemarlos o sobrecargar los circuitos de la fuente de alimentación de la placa base de los que extraen.

Hay otros factores a considerar, pero cada nueva tecnología de proceso casi siempre significa un techo más alto en las frecuencias de reloj.

El último, pero lejos de ser el menor beneficio de los transistores más pequeños, viene cuando mantiene el diseño básico de la CPU igual. En este caso, el procesador en sí se hace más pequeño, conocido como “encogimiento de matrices”. Dado que el sistema de fabricación utiliza una oblea semiconductora de tamaño estándar, actualmente la más grande es de 300 mm, puede caber más en cada una de ellas.

El costo de producción de obleas en sí es el mismo, por lo que cada procesador se vuelve más barato de fabricar. Por ejemplo, un procesador de 45 nm ocupa la mitad del área de un procesador de 65 nm con el mismo diseño. Por lo tanto, pasar a 45 nm reduce a la mitad el costo de fabricación, aunque también debe tener en cuenta el precio del desarrollo del nuevo proceso y la construcción de la fábrica capaz de realizarlo. Esto puede ser muy caro.

La ventaja de 45 nm

Para que parezca más pequeña, siempre es mejor para los semiconductores, lo que le hace preguntarse por qué tales miniaturizaciones no ocurren más rápidamente. Sin embargo, siempre hay dificultades que deben superarse para permitir cada reducción en el tamaño del transistor. Estos incluyen capacitancia parasitaria, donde partes del circuito integrado en miniatura mantienen su carga cuando no deberían, fugas de corriente y cierre.

Estos dos últimos han sido un problema particular con las recientes reducciones de procesos, ya que los espacios entre los pequeños cables son tan pequeños que cada vez es más difícil evitar que la corriente fluya donde no debe hacerlo.

AMD e IBM han estado utilizando la tecnología de silicio sobre aislante (SOI) para combatir esto y permitir sus movimientos hacia abajo a 65 nm.

El desafío de 45 nm

Con el cambio de Intel de 65 nm a 45 nm, sin embargo, la compañía continúa utilizando la tecnología CMOS a granel más antigua, pero con la adición de dieléctricos de alta K y tecnologías de puertas metálicas.

Tradicionalmente, el dióxido de silicio se ha utilizado como dieléctrico en los pequeños transistores, pero es propenso a fugas en las escalas de fabricación que ahora se usan. Los materiales alternativos con una constante dieléctrica alta (K alta) evitan esto.

En contraste, las puertas metálicas toman las partes del procesador destinadas a ser conductoras en la dirección opuesta. Anteriormente, se ha utilizado menos polisilicio conductor para circuitos, porque facilita la fabricación. El metal, por el contrario, tiene casi cero resistencia eléctrica.

Estas dos tecnologías han permitido a Intel asumir el liderazgo actual en tecnología de procesos. Esto le da una ventaja competitiva en el consumo de energía, las velocidades de reloj del procesador y la economía de fabricación. No todo se trata de qué tan bien diseñe la arquitectura de su chip en el negocio de los procesadores.