Se reinventan los componentes electrónicos con los nuevos transistores tridimensionales

¿Transistores? ¿Eso no era lo que llevaba antes la gente mayor pegado a la oreja para escuchar los partidos de fútbol? Sí, los transistores fueron los primeros componentes electrónicos que facilitaban procesos, pero años después gracias a los avances tecnológicos y a la miniaturización, podemos hablar de unos nuevos transistores. En este caso, tal y como ha anunciado Intel, se trata de unos transistores espciales puesto que han dado un importante salto cualitativo en su evolución, debido como hemos señalado a los microscópicos componentes clave en toda la electrónica moderna. Por vez primera desde la invención de los transistores de silicio hace ya más de 50 años, Intel iniciará la producción en masa de transistores creados con estructuras tridimensionales.

Así, la compañía introducirá un revolucionario diseño de transistores tridimensionales, llamados Tri-gate, que la compañía ya planteó por primera vez en 2002, y los producirá en grandes volúmenes en el nodo de 22 nanómetros para una generación de chips que Intel ha bautizado con el nombre en clave de “Ivy Bridge”.

Los transistores tridimensionales Tri-gate representan una ruptura fundamental con la estructura bidimensional que durante décadas no sólo ha dado vida a todos los ordenadores, móviles y dispositivos electrónicos creados hasta la fecha, sino a todos los controles electrónicos de coches, vehículos espaciales, electrodomésticos, equipamientos médicos y, a efectos prácticos, los miles de dispositivos cotidianos.

“Los científicos e ingenieros de Intel han reinventado el transistor una vez más, y esta vez lo han hecho abriéndolos a la tercera dimensión”, afirma Paul Otellini, presidente y consejero delegado de Intel. “Las posibilidades que ofrecen estos nuevos transistores contribuirán a crear dispositivos increíbles que cambiarán el mundo y nos permitirán seguir cumpliendo con la Ley de Moore adentrándonos en nuevos campos”, añadió.

Desde hace años, los científicos son conscientes de las ventajas que presentarían la estructura tridimensional en los transistores de cara a seguir cumpliendo la Ley de Moore, máxime en un momento en el que las dimensiones de los dispositivos se reducen hasta tal punto que las leyes de la física se convierten en obstáculos para la innovación. La clave de la revolución a la que asistimos hoy es la capacidad de Intel de implementar su novedoso diseño de transistores tridimensionales Tri-gate en la producción a gran escala, inaugurando con ello una nueva era para la Ley de Moore y posibilitando así la creación de una nueva generación de productos innovadores para un amplio espectro de dispositivos.

La Ley de Moore es una predicción del desarrollo de la tecnología de semiconductores de silicio que afirma que la densidad de los transistores de un chip se dobla aproximadamente cada 2 años, aumentando así su funcionalidad y prestaciones, al tiempo que se reducen los costes. Esta Ley se ha erigido en el modelo básico de negocio para el sector de los semiconductores desde hace ya más de 40 años.

Un ahorro energético y un aumento de las prestaciones sin precedentes
Los transistores tridimensionales Tri-gate de Intel permiten a los chips basados en ellos operar a un voltaje más reducido con menores pérdidas eléctricas, con lo que, si se los compara con los transistores más avanzados de la generación anterior, ofrecen una combinación de prestaciones y eficiencia energética sin precedentes. Estas posibilidades brindan a los diseñadores de chips la suficiente flexibilidad como para elegir diseños de transistores orientados a un menor consumo energético o a alcanzar las máximas prestaciones, dependiendo de la finalidad del chip.

Los transistores tridimensionales Tri-gate en 22 nanómetros ofrecen un incremento del rendimiento de hasta un 37 % en voltajes bajos respecto a los transistores de 32 nm que Intel produce en la actualidad. Este increíble aumento de las prestaciones facilita su uso en pequeños dispositivos móviles, puesto que emplean menos energía al cambiar entre sus estados. Por otro lado, a igualdad de rendimiento, estos nuevos transistores consumen menos de la mitad energía que los transistores bidimensionales empleados en los chips de 32 nm.

“El aumento del rendimiento y el ahorro energético que ofrecen los transistores tridimensionales Tri-gate, exclusivos de Intel, no tienen comparación con ninguno otro que hayamos visto antes”, afirma Mark Bohr, investigador jefe de Intel. “Este logro revolucionario va más allá de una mera perpetuación de la Ley de Moore. Lo óptimo de su comportamiento en entornos de bajo voltaje y consumos energéticos reducidos supera con creces los avances que hemos vivido en el pasado al evolucionar de un nodo de proceso al siguiente. Estos transistores brindarán a los diseñadores de productos la suficiente flexibilidad como para hacer que los dispositivos actuales sean más inteligentes y además crear nuevos productos. Desde Intel, creemos que este logro técnico aumentará más si cabe la ventaja tecnológica de la compañía respecto del resto del sector de los semiconductores”.

Manteniendo el ritmo innovador: la Ley de Moore
Cada día los transistores son más pequeños y baratos y alcanzan una mayor eficiencia energética, tal y como reza la Ley de Moore, que recibe su nombre por Gordon Moore, cofundador de Intel. Gracias a esta evolución, Intel ha podido innovar e integrar en sus productos, añadiendo más funciones y núcleos de ejecución a cada generación de chips, aumentando sus prestaciones y reduciendo el coste de producción por transistor.

Con la introducción de la generación de proceso de 22 nm, mantener la evolución de la Ley de Moore es una labor más compleja que nunca. En previsión de este problema, en 2002, los científicos de Intel inventaron lo que dieron en llamar como transistores Tri-gate, que reciben su nombre por los tres lados de su “puerta”. La presentación de hoy es fruto de años de trabajo altamente coordinado por parte de las áreas de investigación, desarrollo y producción de Intel, y marca la implementación de este proyecto en la producción a gran escala.

Los transistores tridimensionales Tri-gate son una reinterpretación del transistor convencional. Así, los tradicionales transistores bidimensionales “planos” se ven reemplazados por conducciones tridimensionales de silicio de un grosor increíblemente reducido, que se alzan en vertical desde el sustrato de silicio. El control de las corrientes se realiza mediante la implementación de “puertas” a cada uno de los tres lados expuestos de la conducción, dos en cada lado y una tercera en la parte superior, en lugar de una única puerta en la parte superior, como suele ser el caso de los transistores bidimensionales. El control adicional que brindan estas puertas permite que la corriente circule con todo el flujo posible cuando el transistor está en el estado “ON” (para un mayor rendimiento), y que esta sea prácticamente nula cuando éste está en su estado “OFF” (para minimizar el consumo energético). Además, este sistema permite al transistor pasar de uno a otro estado con gran rapidez, una vez más, para alcanzar las máximas prestaciones posibles.

Del mismo modo en que los rascacielos permiten a los urbanistas optimizar el uso del espacio disponible mediante la construcción en altura, la estructura de los transistores tridimensionales Tri-gate de Intel ofrece un medio de optimizar la densidad. Dado que estas conducciones son de perfil vertical, pueden colocarse juntas en menor espacio, un factor crítico a la hora de aprovechar las ventajas tecnológicas y económicas que plantea la Ley de Moore. De cara a futuras generaciones de productos, los diseñadores tendrán la posibilidad de seguir desarrollando estas conducciones en vertical para obtener así un rendimiento y una eficiencia energética aún mayores.

Para Moore, “durante años hemos visto limitaciones a la miniaturización de los transistores. Este cambio en la estructura básica del transistor constituye un planteamiento revolucionario que debería posibilitar la continuación de la Ley de Moore y de la cadencia histórica de la innovación”.

La primera muestra de transistores tridimensionales Tri-gate en proceso de 22 nm de la historia
Los transistores tridimensionales Tri-gate se implementarán en el próximo proceso de producción de la compañía, llamado nodo de 22 nm en referencia al tamaño de los elementos de cada transistor. Así, gracias al proceso de 22 nm, en el punto final de esta frase podrían caber más de 6 millones de transistores Tri-gate.

Hoy Intel ha mostrado al público su primer procesador realizado en 22 nm bajo el nombre en clave “Ivy Bridge”, que se ha podido ver en un ordenador portátil, en uno de sobremesa y en un servidor. Los procesadores de la familia Intel Core basados en Ivy Bridge serán los primeros en implementar la producción en masa de transistores tridimensionales Tri-gate. Intel prevé que la familia Ivy Bridge esté lista para la producción a gran escala antes de fin de año.

Esta revolución en la tecnología de los semiconductores contribuirá además a ofrecer productos basados en los procesadores Intel Atom más integrados y que permitan contar con el rendimiento, funcionalidad y compatibilidad de software necesario para una amplia variedad de sectores de mercado, al tiempo que satisfagan sus requisitos de consumo energético, coste y tamaño.

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