Je leest:

Transistor gaat de hoogte in

Transistor gaat de hoogte in

Auteur: | 5 mei 2011

In 2002 werd het ontwerp al aangekondigd, maar nu brengt Intel de ‘3D-transistor’ daadwerkelijk op de markt. Ze hebben de transistor (een hoofdbestanddeel van computerchips) zo gemaakt dat hij sneller en zuiniger werkt, maar toch niet groter is. Volgens Intel is het een belangrijke doorbraak voor de chipindustrie.

Transistors, de hoofdbestanddelen van computerchips, zijn sinds de jaren ’50 altijd plat geweest. Ze worden wel steeds kleiner (want hoe kleiner, hoe minder stroom ze verbruiken en hoe sneller ze werken), maar de ondergrens is in zicht. Op een bepaald moment is de transistor zo klein dat hij niet meer betrouwbaar genoeg is.

De transistor is de fundamentele component in computersystemen. Hier zie je de ‘Tukwilla’-processor van Intel (op de markt gebracht als de Itanium 9300-serie). Deze heeft wel twee miljard transistors.

Vanaf omstreeks 2000 werken chipfabrikanten daarom aan nieuwe ontwerpen voor transistors, die toch nog zuiniger en sneller kunnen. Alleen, zo’n nieuw ontwerp kun je niet zomaar invoeren, want dan moet je alle fabrieken gaan ombouwen. Het ontwerp dat Intel in 2002 aankondigde is nu echter klaar voor gebruik: de zogenaamde Tri-Gate transistor wordt nog dit jaar in consumentenproducten toegepast.

Van één naar drie

De Tri-Gate transistor is een variatie op de field-effect transistor (FET), zie de afbeelding. In dat systeem wordt een ‘0’ of ‘1’ gemaakt door wel of geen spanning op de gate te zetten. Die spanning zorgt ervoor dat het geleidingskanaal tussen de source en de drain aan- of uitgaat.

Field-effect transistor.

Het doel is om de transistor zo dun mogelijk te maken, want dan werkt de schakelaar het snelst. Het probleem is echter dat het geleidingskanaal niet veel dunner meer gemaakt kán worden. Het wordt steeds duurder om zo’n speciale laag te maken en de kans op ‘lekken’ wordt steeds groter (dan loopt er alsnog stroom tussen de source en de drain terwijl niet zou moeten).

Intel heeft daarom het volgende het volgende bedacht: in plaats van een enkele geleidingslaag, hebben ze er drie gemaakt. Dat zie je in onderstaande illustratie. Links zie je de ‘gewone’ transistor, waar de stroom slechts op één manier tussen de source en de drain kan lopen. In de nieuwe transistor (rechts) zijn de source en drain hoger gemaakt. Hierdoor kan de stroom op drie manieren naar de andere kant: via het linker-, rechter- en bovenvlak. Er zijn nu dus in feite drie gates en vandaar de naam ‘Tri-Gate’.

Omdat nu voor het eerst een transistor ‘in de hoogte’ wordt gebouwd, noemt Intel de Tri-Gate ‘s werelds eerste ’3D-transistor’.

Sneller en zuiniger (en kleiner)

Doordat de geleidingslaag in oppervlakte is toegenomen, kan de transistor sneller schakelen. Bij hoge spanning (op de gate) levert het volgens Intel een winst van 18% op en bij lage spanning zelfs 37%. De Tri-Gate kan hierdoor met 50% minder energie dezelfde prestatie leveren als een gewone transistor. Intel zegt dat de productiekosten slechts twee tot drie procent hoger zijn dan normaal.

Fun Facts

Het bedrijf heeft voor het persbericht een aantal grappige feiten op een rij gezet:

  • Meer dan zes miljoen Tri-Gate transitors passen er in de punt aan het einde van deze zin.
  • Vergeleken met Intels eerste transistor is de Tri-Gate 4000 keer sneller en verbruikt hij 5000 keer minder energie. De prijs is zo’n 50.000 keer lager.
  • Een Tri-Gate transistor kan in één seconde ongeveer één miljard keer aan- en uitschakelen. Als jij dat aantal wilt halen met een lichtknopje, kost je dat zo’n 2000 jaar (aangenomen dat je als mens een lichtknopje 150 keer per minuut kunt omzetten).
  • Het ontwerpen is nog tot daar aan toe; het en masse produceren is in feite de échte grote stap. Intel maakt meer dan vijf miljard transistors per seconde. Dat zijn er 150.000.000.000.000.000 per jaar, oftewel meer dan 20 miljoen transistors voor elke persoon (man, vrouw, kind) op aarde.

De transistor zal voor het eerst worden toegepast in een processor die nu bekend staat als de ‘Ivy Bridge’. Deze is slechts 22 nanometer groot, wat betekent dat we nog steeds voldoen aan de Wet van Moore: Gordon Moore, één van de oprichters van Intel voorspelde in 1965 dat het aantal transistors in een geïntegreerde schakeling door de technologische vooruitgang elke 2 jaar verdubbelt. Dat blijkt dus nog steeds te kloppen. In het (Engelstalige) filmpje hieronder wordt de techniek nog verder uitgelegd

Lees meer over computertechniek en transistors op Kennislink:

Oeps: Onbekende tag `feed’ met attributen {"url"=>"https://www.nemokennislink.nl/kernwoorden/transistor/computer/index.atom?m=of", “max”=>"7", “detail”=>"minder"}

Dit artikel is een publicatie van NEMO Kennislink.
© NEMO Kennislink, sommige rechten voorbehouden
Dit artikel publiceerde NEMO Kennislink op 05 mei 2011
NEMO Kennislink nieuwsbrief
Ontvang elke week onze nieuwsbrief met het laatste nieuws uit de wetenschap.