„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. „Naše inovované tranzistory s high-k materiálem a kovovými hradly pro 45nm výrobní technologii Intel umožní výrobu ještě rychlejších, energeticky efektivnějších vícejádrových produktů, které budou dále rozvíjet úspěchy procesorů Intel Core 2 a Xeon a prodlouží platnost Mooreova zákona dobře o dalších deset let,“ uvádí Mark Bohr, senior fellow společnosti Intel.

Oxid křemičitý (SiO₂) se používá k izolaci křemíkového hradla více než 40 let. Důvodem je jeho snadná výroba a možnost průběžného zvyšování výkonu tranzistoru ztenčováním této vrstvy. Intelu se podařilo tuto dielektrickou vrstvu úspěšně ztenčit až na tloušťku 1,2 nm, což odpovídá pěti atomárním vrstvám, a použil ji takto v předchozí 65nm výrobní technologii. Ovšem další ztenčování vedlo ke zvýšeným únikům elektronů přes tuto izolační vrstvu a příslušnému zvyšování odběru elektrického proudu a neúnosně se zvyšujícímu zahřívání.

Svody vznikající v tranzistorovém hradle kvůli stále tenčí vrstvě SiO₂ se v celém odvětví považují za jednu z nejnáročnějších technických překážek dalšího rozvoje dle Mooreova zákona. V rámci řešení tohoto problému společnost Intel vyměnila oxid křemičitý za ještě tenčí vrstvu slitiny hafnia s vysokou dielektrickou konstantou („high-k“), která snížila svodové proudy ve srovnání se čtyři desetiletí používaným SiO₂ více než desetinásobně.

Protože nový high-k materiál není kompatibilní s dosud používanými elektrodami hradla, tvoří druhou část cesty k 45nm tranzistoru Intel vývoj nových materiálů pro kovová hradla. Vzhledem k tomu, že se na některé používané slitiny vztahuje výrobní tajemství, řekněme jen tolik, že společnost Intel bude na elektrodách tranzistorových hradel používat kombinaci různých kovových materiálů.

Kombinace nového dielektrického materiálu a kovových hradel 45nm tranzistorů Intel přináší 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.

Nová 45nm výrobní technologie Intel ve srovnání s předchozí generací rovněž zhruba zdvojnásobuje hustotu tranzistorů, což společnosti umožňuje buď zvýšení celkového počtu tranzistorů v čipu nebo snížení rozměrů procesorů. Protože jsou 45nm tranzistory menší než předchozí generace, je k jejich přepínání potřeba méně energie, což snižuje aktivní příkon zhruba o 30 %. Společnost použije v zájmu vyššího výkonu a nižší spotřeby k propojování 45nm prvků měděné spoje izolované materiálem s nízkou dielektrickou konstantou (low-k). Uplatněny budou rovněž nové postupy konstrukce a pokročilého maskování, které dovolí použít 193nm suchou litografii k výrobě 45nm tranzistorů, což sníží náklady a usnadní náběh výroby.

Dodejme, že v současnosti je ve vývoji u Intelu více než 15 produktů založených na 45nm technologii, které jsou připravovány pro stolní, přenosné a podnikové počítače a pracovní stanice. Nová konstrukce procesorů řady „Penryn“ přináší rovněž zhruba 50 nových instrukcí SSE4 a rozšiřuje možnosti a výkon zpracování médií a náročných výpočetních aplikací.

A nyní pár informací, které nehlásá Intel do světa až tak moc oficiální cestou, jakou jsou tiskové zprávy. Jádro procesoru „Penryn“ zabere asi tak 110 mm² („Conroe“ má 143 mm²). Přitom „Penryn“ čítá zhruba 410 milionů tranzistorů, „Conroe“ jen 291 miliónů. Na vině je větší L2 cache u „Penrynu“, až 6 MB. Stejně jako z dvojice „Conroe“ udělali v Intelu jednoho „Kentsfielda“, z dvojice „Penrynu“ vznikne čtyřjádrový „Yorkfield“. Ano, čtete správně mezi řádky, „Yorkfield“ nebude prvním nativně čtyřjádrovým procesorem Intelu, což je docela překvapení (tedy alespoň to píšou redaktoři serveru VR-Zone a docela dost tomu i věří – že prý je to takto pro Intel výhodnější a levnější). Sami si také spočítáte, že „Yorkfield“ bude mít až 12 MB L2 cache, což je na x86-kompatibilní procesor už docela úctyhodné množství.

Jádro procesoru „Conroe“ Jádro procesoru „Penryn“

Nezajímavé to není ani se spotřebou, „Penryn“ slibuje hodnoty od 35 W pro mobilní procesory přes 65 W pro desktopové až po 80 W pro serverové a „Extrémní varianty“ desktopů. U „Yorkfieldu“ můžeme střízlivě očekávat 130 W coby kombinaci dvou 65W jader.

Třešnička na samotný závěr: „Penryn“ prý bude mít opět HyperThreading.