Rõ hơn về bóng bán dẫn ba cổng mới của Intel (3D Tri-Gate)

Intel vừa giới thiệu thế hệ chip xử lý Core i-Series thế hệ thứ 3 là Ivy Bridge cùng với công nghệ bóng bán dẫn mới mà họ gọi là 3D Tri-Gate, dịch ra tiếng Việt thì là bóng bán dẫn 3D hay bóng bán dẫn ba cổng. Công nghệ mới được bổ sung thêm một cổng nữa thay vì chỉ có hai cổng như các loại bóng bán dẫn truyền thống, điều này giúp giảm thiểu tối đa năng lượng rò rỉ, giảm công suất tiêu thụ điện và quan trọng hơn là vẫn giúp Intel theo đuổi định luật Moore. Bóng bán dẫn ba cổng không phải mới được giới thiệu, nó được Intel ra mắt vào năm ngoái và lần đầu ứng dụng trên Ivy Bridge. Từ giờ chúng ta sẽ thấy nhiều về thuật ngữ này vì Intel xác nhận sẽ chuyển hoàn toàn từ bóng bán dẫn hai cổng sang ba cổng, chúng ta nên biết về nó.

Định luật Moore (lấy theo tên Gordon Moore - đồng sáng lập ra hãng sản xuất chip bán dẫn Intel) tuyên bố số lượng bóng bán dẫn phải tăng gấp đôi sau mỗi hai năm. Số bóng bán dẫn càng nhiều thì hiệu năng xử lý của con chip đó và khả năng tiết kiệm điện càng ấn tượng nhưng Intel không thể tăng mãi về số lượng mà vẫn duy trì kiểu bóng bán dẫn với cổng hai chiều truyền thống. Thậm chí, có người đã từng nghĩ rằng thời của định luật Moore đã chấm dứt rồi. Sẽ rất khó để Intel tăng mãi số bóng bán dẫn trên một diện tích chip nhất định, ít nhất là công nghệ hiện tại chưa cho phép họ làm điều đó. Thay vì chỉ giảm kích cỡ của bóng bán dẫn hai cổng, Intel đã bổ sung thêm một cổng thứ ba cho bóng bán dẫn thế hệ mới để tăng hiệu năng, giảm công suất tiêu thụ và giảm lượng điện hao hụt khi cổng hoạt động (đóng/mở).

Bóng bán dẫn ba cổng đã được nghiên cứu và phát triển để giúp Intel giải quyết vấn đề này. Công nghệ mới của Intel được gọi là 3D Tri-Gate và nó đã bắt đầu được nghiên cứu từ năm 2002 (khi đó họ gọi là Triple-Gate). Sau 10 năm thì Intel mới chính thức khai thác công nghệ mới này nhưng hãng cho biết họ vẫn đi trươc các hãng đối thủ về công nghệ. Việc sử dụng bóng bán dẫn ba cổng giúp tăng tốc độ xử lý lên 37% nhưng tiết kiệm điện năng tới 50% so với loại bóng bán dẫn trước đây. Như vậy nó chỉ sử dụng điện năng bằng một nửa so với thế hệ chip trước đó, hứa hẹn khả năng tiết kiệm điện của con chip Ivy Bridge.

Bóng bán dẫn hai cổng (trái) so với bóng bán dẫn ba cổng (phải). Màu vàng thể hiện luồng điện đi qua cổng

Thông thường, bóng bán dẫn có hai cổng để cho dòng điện đi qua nhưng bóng bán dẫn 3D của Intel được thiết kế với một cổng thứ ba để tăng tính hiệu quả. Các cổng này có nhiệm vụ đóng hoặc mở theo một chu kỳ nhất định để cho dòng điện đi qua hoặc chặn nó lại. Nó được thiết kế với tốc độ đóng/mở càng nhanh càng tốt để dòng điện qua với lượng lớn nhất khi ở trạng thái mở và ngăn chặn dòng điện hiệu quả nhất khi ở trạng thái đóng. Cổng của bóng bán dẫn trên Ivy Bridge có chiều dài 22nm (1nm = 1 phần tỉ mét), để cho dễ hình dung thì bạn có thể nhồi nhét 4000 cổng 22nm lên một sợi tóc của chúng ta đó.

Hãy tưởng tượng tấm nền silicon là mặt đất, một cổng kim loại được dựng lên như bức tường thành, trong đó dòng điện đi xuyên qua cổng theo hai chiều. Intel bổ sung thêm một cổng ở phía trên để tạo nên hệ thống bóng bán dẫn ba cổng. Công nghệ sản xuất chip 32nm của Intel có cổng bán dẫn với khả năng đóng/mở 100 triệu lần mỗi giây nhưng trên Ivy Bridge, con số này là 100 tỉ lần một giây. So sánh với BXL đầu tiên của Intel là 4004 được giới thiệu năm 1971, nó chạy chậm hơn Ivy Bridge 4 ngàn lần và tiêu thụ nhiều điện hơn 5 ngàn lần.

Bóng bán dẫn ba cổng hứa hẹn sẽ đem lại nhiều lợi ích cho Intel cũng như là một thành quả đáng tự hào khi so với các đối thủ cạnh tranh. Năm 2003, AMD cũng công bố một công nghệ tương tự 3D Tri-Gate nhưng tới giờ chưa thấy họ nhắc tới nó. Trong kế hoạch của Intel, BXL của họ trong năm tiếp theo sẽ được chế tạo trên nền công nghệ 14nm, tức độ dài bóng bán dẫn sẽ giảm xuống 14 nano mét, từ 22 nano mét hiện tại. Tới năm 2015, con số này sẽ là 10nm, tức bằng với khoảng cách từ Sandy Bridge xuống Ivy Bridge (32nm với 22nm).

Nguồn: BBC, Wikipedia, eWeek, Gizmag