Ideu použít napnutý křemík dostala v roce 1992 Judy Hoyt, což je fyzička na MIT (Massachusetts Institute of Technology). Od té doby se ji podařilo nasadit například u IBM a Intelu, nyní také u AMD. Ta nejprve vyvíjela technologii napnutého křemíku společně s firmami AmberWave a United Microelectronic Corporation (UMC), ale nakonec se vloni rozhodla spolupracovat s IBM, což nyní zřejmě dospělo k uspokojivým výsledkům. A právě u IBM se nejprve podíváme na to, co „strained silicon“ vlastně znamená.

Dnešní mikroprocesory jsou tvořeny pomocí křemíku a v něm „putují“ eletrony (nebo naopak díry, ale o tom později). Jedna z možností, jak zrychlit procesory je ve zkrácení drah, které eletrony musí urazit. To je ono klasické snižování výrobní technologie (130nm -> 110nm -> 90nm), díky čemuž se dociluje toho, že tranzistory a hradla v procesorech jsou menší a tudíž stačí kratší čas pro „projetí“ eletronu zkrz procesor, což vede ke zvýšení frekvence.

Druhou variantou je zvýšení proudění elektronů v křemíku a k tomu právě slouží technika, která byla nazvána jako „strained silicon“, tedy „napnutý křemík“. Princip je v tom, že pod křemíkovou vrstvu se v procesoru dá podklad slitina křemíku a germania (SiGe, germania je zde 15 %), což způsobí navázání křemíku na mřížku SiGe. Ve výsledku jsou pak atomy křemíku od sebe více vzdálené, jak ukazuje následující obrázek:

Důvod, proč se mohou napnutým křemíkem elektrony pohybovat rychleji je skryt v orbitách atomů. Za normální situace má křemík šest orbit, kdy všechny mají stejnou energii, takže zde není žádný preferovaný směr pohybu elektronů. V případě napnutého křemíku mají dvě orbity nižší energii a tak zkrz ně elektorny procházejí jednodušeji. A právě napnutím křemíku na slitinu křemíku s germaniem se docílí požadovaného natažení orbit, které jsou v požadovaném směru toku elektronů. Názorně to snad demonstruje následujcící obrázek:

V praxi pak putují elektrony takto napnutým křemíkem až o 70 % rychleji, což v optimistických odhadech vede ke zrychlení chipu o 35 %. Realističtější odhady mluví o zhruba 25 % v případě putování elektronů a 10 % putují-li „díry“. V případě CMOS chipů se totiž používají tranzistory N (negative - putují negativně nabité elektrony) i P (positive - putují positivně nabité díry) a u obou jsou výsledky za použití nataženého křemíku odhlišné.

V praxi se už natažený křemík používá, kupříkladu Intel jej aplikoval u 90nm procesorů Prescott (Pentium 4) a Dothan (Pentium M). AMD jej tedy začne používat nyní a v praxi by to mělo znamenat, že i při nezměněném 130nm výrobním procesu může vzrůst frekvence minimálně o 10, ale spíše o 20 % (a s tím ruku v ruce i rating). To vše při zvýšení výrobních nákladů o zhruba 2 %. To není špatné, že?

PS: A na závěr tu ještě mám obrázek z elektronového mikroskopu od IBM, který ukazuje elektrony pohybující se zkrz křemíkový chip a to s použitím naptnutého křemíku (nalevo) a bez něj (napravo):