Ještě před 10 lety byl špičkovou technologií 250 nanometrový výrobní proces, což znamená, že tehdejší tranzistory byly zhruba 5,5 krát delší a měly 30 krát větší plochu než tranzistory vyráběné současnou nejpokročilejší technologií.

O čipu s kódovým názvem Penrym jsme informovali již v polovině ledna. [celá zpráva] Experti tehdy upozorňovali na skutečnost, že se Intelu podařilo již na ranném vzorku čipu rozběhat patero různých operačních systémů, Windows a Linux nevyjímaje.

Penryn staví na architektuře Core 2 Duo, de facto se tedy jedná o 45 nm variantu (zmenšeninu) současných 65 nm mikročipů rodiny Core 2 Duo. Pokročilejší 45 nm výroba je možná díky tomu, že firma používá k tvorbě izolačních vrstev a přepínacích hradel dva nové materiály.

"High-k" a "Metal Gate" na 45 nm

K izolaci křemíkového hradla se již více než 40 let používá oxid křemičitý (SiO2). Důvodem je jeho snadná výroba a možnost průběžného zvyšování výkonu tranzistoru ztenčováním vrstvy SiO2. Intelu se podařilo tuto dielektrickou vrstvu úspěšně ztenčit až na tloušťku 1,2 nm, což odpovídá pěti atomárním vrstvám. Takto bylo dielektrika SiO2 použito v předchozí 65 nm výrobní technologii.

Další ztenčování však vedlo ke zvýšeným únikům elektronů přes tuto izolační vrstvu, zvyšování odběru elektrického proudu a neúnosně rostoucímu zahřívání. 

Svody vznikající v tranzistorovém hradle kvůli stále tenčí vrstvě oxidu křemičitého se v celém odvětví považují za jednu z nejnáročnějších technických překážek dalšího rozvoje dle Mooreova zákona.

:. Technik Intelu drží plato s 45nm tranzistory. Foto: Intel

SiO2 byl nahrazen za slitinu hafnia

V rámci řešení tohoto problému byl oxid křemičitý nahrazen za ještě tenčí vrstvu slitiny hafnia s vysokou dielektrickou konstantou (high-k), která snížila svodové proudy ve srovnání s SiO2 více než desetinásobně.

Nový high-k materiál ale není kompatibilní s dosud používanými elektrodami hradla, proto druhou část cesty k 45nm tranzistoru tvoří jiné materiály pro kovová hradla. Složení této slitiny však Intel neupřesnil s tím, že se jedná o přísně střežené výrobní tajemství.

Kombinace nového dielektrického materiálu a kovových hradel 45 nm tranzistorů by měla zajistit o více než 20 procent rychlejší průtok proudu neboli vyšší výkon tranzistoru. Na druhou stranu omezuje svodové proudy v tranzistoru více než pětinásobně, takže zvyšuje efektivitu využití elektrické energie.

"Implementace vysoce izolačních a speciálních kovových materiálů představuje největší změnu ve výrobě tranzistorů od zavedení MOS tranzistorů s polykrystalickým křemíkovým hradlem koncem šedesátých let minulého století," uvádí Gordon Moore, jeden ze zakladatelů společnosti Intel.

Penryn rozumí Linuxu i Windows

Intel vyvíjí v současnosti více než 15 produktů založených na 45 nm technologii. Nové 45 nm procesory Penryn obsahují v dvoujádrové verzi více než 400 miliónů tranzistorů a ve čtyřjádrové přes 800 miliónů. Podle výrobce nabídnou vyšší výkon a lepší možnosti řízení spotřeby než jejich předchůdci, rovněž vyšší pracovní rychlost jader a až 12 megabytů vyrovnávací paměti. Nová konstrukce procesorů řady Penryn dostala rovněž zhruba 50 nových instrukcí SSE4.

Společnost dodala, že už má k dispozici pět verzí funkčních prototypů těchto produktů - první třetinu z patnáctky nových procesorů, které Intel pro 45 nm výrobní technologii připravuje.

Na prototypech nových procesorů pro pět různých počítačových segmentů běží operační systémy Windows Vista, Mac OS X, Windows XP a Linux a celá řada speciálních aplikací.

Jádra Penryn vyrábí Intel ve fabrice D1D v Oregonu. Experti se domnívají, že Intel uvede 45 nm procesory krátce poté, co Advanced Micro Devices dokončí přesun k 65 nanometrům. Firma plánuje uvést varianty jádra Penryn na trh ve druhé polovině roku.